Значение окисленных липопротеинов низкой плотности и их рецепторов LOX-1 при сахарном диабете 2 типа

ВВЕДЕНИЕ

Распространение сахарного диабета (СД) среди взрослого населения в мире возросло с 4,7% в 1980 г. до 8,5% в 2014 г. с сохранением тенденции к увеличению [1]. По прогнозам, его распространенность к 2030 г. может достичь 552 млн человек [2]. У 90–95% взрослых с диабетом диагностируют СД 2 типа (СД2), который является наиболее распространенным заболеванием у пожилых людей (до 40% населения старше 65 лет) [3]. СД2 и его осложнения создают дополнительную нагрузку на здравоохранение во всех странах мира. В РФ численность пациентов с СД2 в 2021 г. составила 4,58 млн человек, при этом тренд к увеличению распространенности заболевания сохранился [4]. Высокая смертность при СД2 связана с выраженной коморбидностью, обусловленной преимущественно (свыше 50%) сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ) [4][5][6]. Острый инфаркт миокарда (ОИМ) является наиболее частой причиной смерти среди больных СД2, встречается в 3 раза чаще, чем без него, и отличается большей тяжестью течения, возникает у более молодых пациентов, что обусловлено комплексом факторов [7]. Поражение сосудов при СД обусловливает значительное снижение компенсаторных реакций организма. Это может снижать эффективность лечения, замедлять процесс выздоровления, приводить к переходу острого критического состояния в хроническое [8].

Другие сопутствующие заболевания также связаны с СД2: недавняя эпидемия COVID-19 вскрыла двунаправленные взаимодействия между СД2 и COVID-19 [9]. С одной стороны, описаны случаи развития СД2 вскоре после заражения SARS-CoV-2; с другой — COVID-19 протекал наиболее тяжело у пациентов с СД2 [10]. Сочетание COVID-19 и СД2 приводило к наибольшей летальности при дополнительных демографических и клинических параметрах (мужской пол, пожилой возраст, продолжительность СД более 10 лет, повышенный индекс массы тела (ИМТ) — свыше 30 кг/м², наличие атеросклеротических поражений сосудов) [11].

Одним из распространенных патогенетических факторов, связанных с развитием СД2, является дислипидемия. Являясь информативным биомаркером тяжести течения заболевания, дислипидемия ассоциируется и с развитием ССЗ [12]. Образ жизни, характер питания способствуют проявлению наследственных факторов, вклад которых в развитие СД2 составляет до 40% [13]. Некоторые особенности дислипидемии при СД2 носят наследственный характер и подробно исследуются в настоящее время [9]. Другие варианты исследованы недостаточно, и их потенциальный вклад в патогенез СД2 пока недостаточно оценен. К таким вариантам дислипидемий, ассоциированным с СД2 и с ССЗ, относится увеличение содержания в крови окисленных форм липопротеина низкой плотности (oxidized low density lipoprotein, ox-LDL).

ВКЛАД OX-LDL В РАЗВИТИЕ СД2

Ox-LDL и СД2 связаны двунаправленно. С одной стороны, степень окисления липопротеинов низкой плотности (low density lipoprotein, LDL) зависит от выраженности метаболического синдрома и длительности заболевания. С другой стороны, повышенная концентрация ox-LDL связана с повышенным риском возникновения СД2 из-за его воздействия на β-клетки [14].

Резистентность к инсулину способствует липолизу триглицеридов в адипоцитах и высвобождению свободных жирных кислот (СЖК) в кровоток. СЖК, поглощаемые гепатоцитами, включаются в метаболизм с образованием молекул липопротеинов очень низкой плотности (very low density lipoprotein, VLDL) [11]. Последующие превращения богатых триглицеридами VLDL под действием ферментов — белка-переносчика эфира холестерина, печеночной липазы и липопротеинлипазы способствует образованию высокоатерогенных электроотрицательных молекул LDL (sdLDL) [15]. Эти частицы долго циркулируют, в большей степени подвергаются модификациям — окислению и гликированию, легко образуют связи с протеогликанами в стенке артериального сосуда. Взаимодействие sdLDL с β2-гликопротеином I приводит к образованию провоспалительных комплексов, способных индуцировать аутоиммунные реакции. С другой стороны, развитие резистентности к инсулину при СД2 ассоциируется со снижением аффинности рецепторов LDL [16][17]. Как правило, диабетическая дислипидемия характеризуется низким уровнем липопротеидов высокой плотности (high density lipoproteins, HDL), гипертриглицеридемией и повышенной концентрацией sdLDL в плазме [18].

Окисление частиц LDL и sdLDL происходит с участием ферментов или неферментативным путем. К основным ферментам, активность которых приводит к окислению этих молекул, относятся миелопероксидаза, липоксигеназа, циклооксигеназа, цитохром Р450-зависимая оксигеназа [19][20][21]. Миелопероксидаза — единственный фермент у человека, образующий слабую хлорноватистую кислоту (HOCL). При ее диссоциации образуются ионы гипохлорита, окисляющие LDL/sdLDL [19]. Липоксигеназы, в том числе 5-липооксигеназа и 12/15-липооксигеназа, участвуют в окислении циркулирующих частиц LDL/sdLDL, способствуя атерогенезу [20]. НАДФН-оксидаза, образуя активные формы кислорода (АФК), потенциально тоже может участвовать в окислении частиц LDL, однако до сих пор доказательной базы для такого механизма не существует, несмотря на то, что взаимосвязь между двумя системами — oxLDL-LOX-1 и НАДФН-оксидазными комплексами NOX (преимущественно, NOX-2, NOX-4) — хорошо известна и подробно описана [22][23]. Пока сведения о механизмах окисления основываются на том, что наиболее чувствительными к окислению являются полиненасыщенные жирные кислоты в составе LDL/sdLDL, и основными ферментами, опосредующими их окисление, являются липоксигеназы, циклооксигеназы и цитохром Р450-зависимой оксигеназа [21].

Неферментативные пути окисления LDL/sdLDL определяются участием свободных ионов переходных металлов в катализе перекисного окисления липидов. Наиболее распространенными являются те, которые инициируются радикальной системой O₂: перекись водорода, гидроксил NO и нерадикальными АФК (синглетный кислород и озон) [24]. Степень модификации LDL прямо пропорциональна скорости продукции O₂ клетками. Гладкомышечные клетки артерий генерируют O₂-модифицированные LDL, что приводит к их повышенному поглощению макрофагами и, таким образом, к образованию пенистых клеток и атерогенезу [14].

Процесс гликирования связан с аминокислотой ApoВ-100 лизином, которая подвергается гликированию в 2–17% случаев. Остаток лизина необходим для специфического распознавания рецепторов LDL. Гликирование этой аминокислоты способствует увеличению среднего периода полужизни гликированных LDL [25].

В результате структурных изменений при окислении у частиц ox-LDL, в отличие от исходных немодифицированных частиц, отсутствует способность связываться с рецепторами LDL. Зато появляется высокая аффинность к рецепторам-«мусорщикам» (скавенжерам) SR-A, SR-BI, CD36 и LOX- 1; взаимодействие последнего с лигандом инициирует сигнальные механизмы, активирующие Akt, JNK, Wnt и NF-kB [26][27], p38/MAPK/NF-kappaB [28]. Интересно, что запуск таких путей через LOX-1 приводит к образованию активных радикалов кислорода, которые способны и окислить LDL, и усилить экспрессию гена его рецептора, LOX-1. Такое взаимное усиление обеспечивает роль этой пары лиганд-рецептор — ox-LDL и LOX-1 — в патогенезе атеросклеротического поражения сосудов с образованием бляшек, развитием эндотелиальной дисфункции [29].

Безусловно, только таким взаимодействием не исчерпывается патогенетическая роль липидов при СД2. Изменение всего липидома при СД2 также имеет значение для патогенеза СД. Насыщенные жирные кислоты и специфические сфинголипиды, которые являются предшественниками церамидов, участвуют в построении клеточных мембран, регуляции апоптоза и в дифференцировке клеток [30][31]. Повышенная концентрация частиц LDL, модифицированных церамидом, при СД2 ассоциируются с тяжестью резистентности к инсулину и увеличением содержания ключевого провоспалительного цитокина — фактора некроза опухоли [32][33][34].

ГЕН OLR1 И ЕГО ПРОДУКТ LOX-1

LOX-1 представляет собой рецептор-«мусорщик», который использует ox-LDL в качестве основного лиганда. У человека белок LOX-1 кодируется геном OLR1, расположенным в дистальном отделе области 12р13.2-р12.3 короткого плеча хромосомы 12. Близость генетической структуры OLR1 к гену рецептора естественных клеток-киллеров (NK-клеток) и локализации в комплексе, кодирующем белки NK клеток, функциональная значимость его экспрессии в иммунных клетках указывают на то, что ген OLR1 относится к генам иммунной системы. Существуют различные варианты продуктов гена OLR1 — изоформы, индуцированные сплайсингом или однонуклеотидными полиморфизмами (SNP). Экспрессия этих изоформ оказывает различное влияние на развитие атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний [35]. В частности, LOXIN, изоформа, лишенная части функционального домена, играет важную роль в защите от атеросклероза [36].

Существуют данные о благоприятном гаплотипе, при котором экспрессия LOXIN увеличена. Макрофаги, несущие этот гаплотип в гене OLR1, имеют повышенную экспрессию мРНК и белка LOXIN, что приводит к значительному снижению апоптоза в ответ на oxLDL. Данные о том, что повышение уровня LOXIN защищает клетки от апоптоза, вызванного LOX-1, закладывает основу для разработки терапевтических подходов для предотвращения нестабильности бляшек [37].

Лектиновый домен, который также называют доменом распознавания углеводов (CTLD), является функциональным доменом связывания LOX-1, участвующим в связывании отрицательно заряженных лигандов, таких как ox-LDL [38]. CTLD представляет собой спиральную структуру из 130 остатков в форме сердца, образованную антипараллельными β-листами, окруженными α-спиралями и стабилизированную 3 внутрицепочечными дисульфидными связями. Мономеры CTLD связаны 6 высококонсервативными цистеиновыми остатками, образующими межцепочечную дисульфидную связь, что способствует формированию центрального гидрофобного туннеля, охватывающего весь белок. Стороны этого туннеля окружены неполярными аминокислотами, такими как тирозин, что позволяет туннелю переносить липиды [39][40]. Другим функционально важным доменом LOX-1 является домен NECK. Домен NECK имеет проксимальную N-концевую часть, участвующую в высвобождении растворимой части молекулы — sLOX1 (примембранный участок белка LOX-1, высвобождающийся после расщепления протеазами), и дистальную часть, участвующую во взаимодействиях с CTLD, которые повышают его стабильность [39].

ТРАНСКРИПЦИЯ И СИГНАЛИНГ LOX-1

Низкий в обычных физиологических условиях, уровень экспрессии OLR1 и трансляция белка LOX-1 значительно повышается при воспалении и при атерогенезе [41]. Это происходит в результате связывания ведущего молекулярного компонента воспалительных реакций — транскрипционного фактора NF-kB с промоторной областью гена OLR1 [42][43]. Другие лиганды LOX-1 — белки L5, С-реактивный белок (СРБ), del-1, ряд гликированных белков [42]. Белок L5 обладает выраженным отрицательным зарядом, относится к LDL, обладает наибольшим проатерогенным действием [44]. Сторона связывания лиганда (B-сторона) СРБ связываясь с рецептором LOX-1, инициирует активацию А-стороны СРБ, что определяет запуск C1q-опосредованной активации системы комплемента. Это усиливает экспрессию гена OLR1 и вносит вклад в дальнейшем поглощении oxLDL. Важным патогенетическим элементом нарушения функционирования эндотелиальных клеток при воздействии циркулирующих ox-LDL является фосфолипид-связывающий домен. После связывания с ним oxLDL приобретает способность к ингибиции экспрессии эндотелина-1, моноцитарного хемоаттрактантного белка-1 и молекулы внутриклеточной адгезии-1 в эндотелиальных клетках.

Ox-LDL индуцирует экспрессию LOX-1 через последовательность транскрипционного фактора Oct-1 в положении −1556 нуклеотидов в промоторной области OLR1. Последующее увеличение числа рецепторов LOX-1 и их связывание лигандом ox-LDL запускает положительную обратную связь, увеличивая дальнейшую экспрессию LOX-1. Также ox-LDL индуцирует NF-κB, и нуклеотидный мотив NF-κB присутствуют в промоторе LOX-1.

Есть данные, что субъединица p65 NF-κB специфически взаимодействует с N-концевой частью Oct-1 (аминокислоты 1–270). Однако Oct-1 подавляет активацию NF-κB. Это ингибирование отражает антиатерогенную роль Oct-1, противоположную роли Oct-1 в проатерогенном усилении экспрессии LOX-1. Так как увеличение экспрессии LOX-1 посредством ox-LDL вносит решающий вклад в атерогенез, то транскрипционный фактор Oct-1 является важным фактором в его уменьшении.

Ангиотензин II (Ang II) является одним из важных регуляторов ренин-ангиотензиновой системы и стимулятором LOX-1. Ang II увеличивает экспрессию LOX-1 через нуклеотидный мотив NF-κB в положении nt −2158 промоторной области [45].

Эпигенетические механизмы, такие как модификация ДНК/комплекса ДНК-белок и некодирующие микроРНК, могут контролировать экспрессию LOX-1 на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях соответственно. Модификация ДНК с помощью метилирования/деметилирования и ацетилирования/деацетилирования гистонов сиртуинами происходит путем добавления метильных групп к цитозиновым нуклеотидам в CpG-группах внутри промоторной области: в результате предотвращается транскрипция гена [41]. Транскрипция генов может предотвращаться и в случае деацетилирования гистоновых и негистоновых ядерных белков. Так, экспрессии гена RelA/p65-NF-kB, контролирующего синтез ключевого транскрипционного фактора NFkB, инициирующего экспрессию гена LOX-1, не происходит при деацетилировании ядерного белка, вызванного взаимодействием с сиртуином-1 (SIRT-1) [42]. Посттранскрипционная (трансляционная) регуляция активности гена LOX-1 осуществляется с помощью микроРНК (miRNA) — miR-155 и let-7g [43], а также miR-590-5P [44], специфически связывающегося c сайтом области 3’-UTR гена OLR1 [46]. Экспериментальное моделирование атеросклероза с использованием мышей с нокаутом по атерогенному гену Apo^-/^- выявило выраженный терапевтический эффект (снижение содержания липидов и провоспалительных цитокинов, уменьшение размера атеросклеротических бляшек) при внутривенном введении miR-590-5P [47].

Интересно, что те же miRNA let-7g, контролирующие экспрессию гена LOX-1, ассоциируются с экспрессией генов метаболизма глюкозы, воспаления и окислительного стресса в жировой ткани женщин с СД2 [48]. Продукция miRNA let-7g значительно подавлялась при действии эндотелина-1, содержание которого в плазме больных СД2 положительно коррелировало с концентрацией гликированного гемоглобина и продолжительностью течения болезни [49]. В культуре адипоцитов и миоцитов показали, что подавление продукции miRNA let-7g при воздействии эндотелина-1 сопровождалось увеличением содержания провоспалительных цитокинов — интерлейкина-6 и фактора некроза опухоли вследствие активации сигнального пути NFkB [49].

Исследования связи другого фактора регуляции экспрессии гена LOX-1 — молекул микроРНК miR155 при СД2 показали, что нарушение продукции miR155 ассоциировалось с развитием таких осложнений, как ретинопатия, нейропатия и нефропатия [50]. Роль этого фактора регуляции метаболизма трудно переоценить — описаны выраженные эффекты miR155 в отношении регуляции сигналинга инсулина, сохранения гомеостаза глюкозы, развития резистентности к инсулину [51]. Наконец, третий регулятор экспрессии LOX-1 — микроРНК miR-590-5P — тоже вовлечен в патогенез СД, участвуя в патогенезе диабетического остеопороза: показали, что его высокая экспрессия усиливала рост и дифференцировку остеобластов [52].

Изложенные факты подтверждают общность молекулярных механизмов, лежащих в основе патогенетически значимых нарушений с участием miRNA, общих для СД2, гипервоспалительных реакций и атеросклероза. По-видимому, множественность и патогенетическая значимость эффектов молекул miRNA лежит в основе их роли в развитии СД и его осложнений.

ПАТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Ox-LDL — LOX-1 ПРИ СД2

Ox-LDL способствуют прогрессированию СД2 различными путями. β-клетки в присутствии ox-LDL увеличивали количество ICER, что препятствовало выработке и секреции инсулина. ICER — индуцируемый ранний репрессор сигнального пути цАМФ [53].

LOX-1 обнаруживают в эндотелиальных клетках, в которых он осуществляет свое участие в патогенезе диабетической васкулопатии [54]. Эндотелиальная дисфункция является одним из первых проявлений СД2 и ССЗ. Воздействие гипергликемии на эндотелиальные клетки сопровождается повышением их проницаемости и способствует субэндотелиальному накоплению модифицированных LDL [55].

Последующие эффекты ox-LDL, опосредованные взаимодействием с рецептором LOX-1 в клетках эндотелия, гладкомышечных клетках или клетках иммунной системы происходят в результате активации NADPH оксидазы (NOX) с последующей генерацией ею реактивных радикалов кислорода, активирующих транскрипционный фактор NFkB — ключевой регулятор экспрессии гена OLR1 (рис. 1) [56]. При патогенетически значимом выраженном воспалительном компоненте, в том числе при СД, окислительный стресс в клетках приводит к индукции нескольких сигнальных путей, запускающих продукцию и активацию и других транскрипционных факторов — OCT1, PPAR-gamma, AP-1, HIF1, усиливающих транскрипцию OLR1 [57]. С другой стороны, оксидантный стресс активирует сигнальные пути с участием PI3K/Akt, MAPK (p38, ERK и JNK), PKA, PKC, PTK и p66Shc), которые дополнительно активируют NFkB, увеличивающего экспрессию LOX-1; это приводит к дальнейшему усилению передачи сигналов с данного рецептора, увеличению продукции металлопротеиназ ММР-2 и ММР-9), развитию эндотелиальной дисфункции и индукции апоптоза клеток эндотелия [38][58].

Повышенное образование ox-LDL у больных СД способствует прогрессированию заболевания. Механизм прогрессирования связан не только с обсуждаемыми выше сигнальными путями, активируемыми ox-LDL/LOX-1 в клетках эндотелия сосудов и иммунной системы, но и в результате непосредственной активации ox-LDL экспрессии модулятора сАМР-отвечающего элемента — CREM и индуцибельного раннего репрессора сАМР в бета-клетках поджелудочной железы [59]. В результате снижается экспрессия и инсулина, и противоапоптотического белка островков, приводя к прогрессированию СД2 [56]. Последствия взаимодействия ox-LDL с рецептором LOX-1 — эндоплазматический и оксидантный стресс, распространяются и на перициты, в которых нарушение функционирования митохондрий, аутофагия и последующая апоптотическая гибель манифестируют развитие диабетической ретинопатии при СД2, усиливающейся под влиянием ox-LDL-содержащих иммунных комплексов [60]. Такие комплексы образуются в результате повышения иммуногенности структурно модифицированных частиц ox-LDL, стимулирующих образование аутоантител. Показано, что такие комплексы могут стимулировать образование коллагена IV мезангиальными клетками почки, способствуя развитию диабетической нефропатии [61], причем независимо от LOX-1 — с помощью иных механизмов.

Интересно, что и LOX-1 обладает потенциалом инициировать патогенетически значимые сигнальные пути вне взаимодействия со своим основным лигандом, ox-LDL. Этому способствует тот факт, что дополнительными лигандами LOX-1 могут являться другие агенты. К ним относятся С-реактивный белок и гликированные белки, способствующие гипергликемии, белки теплового шока HSP60 и HSP70, кардиолипин, декстран сульфат, микробы и апоптотические клетки [62]. Можно полагать, что и они способны, независимо от ox-LDL, индуцировать патогенетически значимые повреждения в органах-мишенях при СД2. Так, пока не известно, какие лиганды LOX-1 могут вызывать морфологические повреждения в тубулоинтерстициальной области почки, ассоциируемые и с высокой экспрессией рецептора, и с развитием диабетической нефропатии у больных СД2 [63].

Патогенетическая связь OLR1 c СД2 подкрепляется и наличием сведений (хоть и немногочисленных) об ассоциации генетического полиморфизма OLR1, и развитием СД2. Есть данные, что OLR1 участвует в генетическом контроле развития метаболического синдрома — предшественника СД. На индийской популяции показано, что у носителей аллели T OLR1 rs3736234 (IVS4-73 C>T) риск развития метаболического синдрома почти в 15 раз выше. Также было обнаружено, что генотип риска TT OLR1 rs3736234 (IVS4-73 C>T) в значительной степени связан с высоким ИМТ, что указывает на связь гена OLR1 с ожирением [64]. В другом исследовании продемонстрировано, что полиморфизмы OLR1 rs1050283 (UTR188C/T) и OLR1 rs11053646 (K167N G501C) связаны с факторами риска (артериальное давление, уровень инсулина, индекс HOMA-IR) гестационного СД [65]. Более того, исследователи отмечают, что чувствительность к терапевтическому действию метформина при СД2 существенно зависит от генотипа OLR1 rs11053646 (G501C), причем чаще это происходит в комбинации с вариантом OCT1 rs12208357 (R61C). Маркером положительного ответа на лечение метформином в группе больных СД2 оказался вариант CC полиморфизма OCT1 rs12208357 (R61C). Также у пациентов с СД2 генотип OLR1 rs11053646 GC чаще сочетался с «метформин-позитивным» вариантом CC OCT1 rs12208357 [66]. Это исследование подчеркивает связь генов OLR1-OCT1 в патогенезе не только СД2, но и в терапевтической эффективности использования метформина. Не исключено, что в основе этого — одна и та же патогенетическая связь двух генов, проявляющаяся при развитии целого ряда метаболических нарушений, включая развитие СД2, а именно: резкое повышение экспрессии гена OCT1 — негативного регулятора экспрессии гена NFkB и положительного регулятора экспрессии гена OLR1.

Проведенный анализ обосновывает значение лиганда ox-LDL, его рецептора LOX-1 и генетических вариантов OLR1 как взаимодействующих или независимых участников развития СД2 и его осложнений, а также патогенетически значимых маркеров течения и исхода заболевания и потенциальных терапевтических мишеней для разработки препаратов лечения СД2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Циркулирующий ox-LDL, во взаимодействуя с его рецептором LOX-1 и независимо, вносит значительнoxый вклад в развитие СД2, способствуя его прогрессированию. Увеличенная концентрация ox-LDL в циркуляторном русле и повышенная экспрессия его рецептора в тканях-мишенях повышает риск тяжелого течения СД2, приводя к характерным для заболевания дисфункции эндотелия (диабетическая ангиопатия) и поражению почек (диабетическая нефропатия).

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования. Тема госзадания ФНКЦ РР «Полиморфные варианты генов врожденного иммунитета и структуры, ассоциированные с повреждением/патогеном, как факторы гетерогенности механизмов критических состояний и предиктивные биомаркеры прогноза их течения» FGWS-2022-0004.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Все авторы внесли существенный вклад в концепцию исследования и написание статьи.

Фетлам Д.Л. и Чумаченко А.Г. в равной степени участвовали в разработке концепции статьи, поиске статей и анализе фактических данных, написании текста статьи. Писарев В.М. редактировал текст статьи, дополнял текст новыми ссылками, проверял и утверждал текст статьи.

Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.