Система остеопротегерин (OPG) -лиганд рецептора-активатора ядерного фактора каппа-В (RANKL) при диабетической нейроостеоартропатии и облитерирующем атеросклерозе артерий нижних конечностей

Диабетическая нейропатия (ДН) является одним из наиболее распространенных осложнений сахарного диабета (СД). Из-за отсутствия единых диагностических критериев ДН ее распространенность колеблется от 35 до 90% и зависит от возраста больного, длительности и степени компенсации СД. Так, при длительности СД более 5 лет распространенность ДН не превышает 15%, а при длительности более 30 лет – достигает 50–90% [1]. Она практически одинаково часто обнаруживается у больных СД1 и СД2 [2].

Наиболее характерной формой поражения нижних конечностей при ДН является синдром диабетической стопы, обусловленный комплексом изменений периферической нервной системы (дистальная полинейропатия) и артериального русла (облитерирующий атеросклероз артерий нижних конечностей, склероз Менкеберга), который грозит развитием язвенно-некротических процессов и гангрены стопы.

Дистальная ДН ассоциируется с медиакальцинозом артерий нижних конечностей, значительным снижением минеральной плотности костной ткани (МПКТ) стопы и высокой частотой сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). В большинстве случаев эти изменения наблюдаются у пациентов с диабетической нейроостеоартропатией (стопа Шарко), характеризующейся локальным остеопорозом стоп и в 90% случаев – обызвествлением сосудов [3].

Диабетическая нейроостеартропатия чаще всего поражает кости и суставы стоп и, по сути, проявляется разобщением процессов синтеза и резорбции костной ткани. Возрастает содержание маркеров костной резорбции – пиридинолина и дезоксипиридинолина, а также экскреция гидроксипролина. В острой фазе диабетической нейроостеоартропатии значительно повышается уровень костного изофермента щелочной фосфатазы [4–6]. Существенно увеличивается также уровень С-концевого телопептида коллагена I типа, что свидетельствует о преобладании резорбтивных процессов [7]. Важно отметить связь между нарушением метаболизма в костной ткани и медиакальцинозом артерий нижних конечностей.

Склероз Менкеберга является следствием вегетативной нейропатии; носит неатеросклеротический характер поражения средних и крупных артерий нижних конечностей. Патоморфологически обнаруживается обызвествление (кальциноз) и утолщение средней оболочки (медии) артерий. Диаметр просвета сосудов не уменьшается, но их стенки теряют эластичность, становятся ригидными, что резко снижает адаптационные способности кровообращения в конечностях [8]. Выявляемый рентгенологически медиакальциноз артерий нередко ошибочно принимают за облитерирующий атеросклероз. Обызвест­в­ление стенок артерий может обнаруживаться и у лиц без нарушения углеводного обмена, причем с возрастом частота возрастает (от 5% у молодых до 37% у пожилых). При СД склероз Менкеберга вы­является в среднем в 3 раза чаще, чем у лиц с нормальным углеводным обменом.

Кальцификации могут подвергаться различные слои сосудистой стенки, включая медию при склерозе Менкеберга и интиму при атеросклерозе. Кальцификация не связана с формированием атером. Однако между медиакальцинозом и частотой ССЗ существует тесная связь.

Поиск связующего звена между повышенной резорбцией костной ткани, медиакальцинозом и облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей привел к выяснению локальных молекулярно-биологических механизмов взаимодействия остеопротегерином (OPG) и лигандом рецептора-активатора ядерного фактора каппа-В (RANKL), принадлежащих к семействам лигандов и рецепторов фактора некроза опухолей (TNF). Эти соединения играют ключевую роль в формировании, дифференцировке и активности клеток костной ткани. Экспрессия RANKL и остеолиз индуцируются теми же факторами, что и кальциоз гладкомышечных клеток средней оболочки артерий. OPG экспрессируется также в атеросклеротических бляшках [3, 9]. Механизм, посредством которого изменение скорости кровотока индуцирует патологические процессы в костных клетках, неизвестен, однако система OPG/RANKL играет важную роль в процессах как кальцификации артерий, так и развития локальной остеопении [10, 11].

Все это подчеркивает актуальность изучения этой системы при синдроме диабетической стопы, при которой дистальная полинейропатия, медиакальциноз, облитерирующий атеросклероз артерий нижних конечностей и нейроостеоартропатия носят комплексный и прогрессирующий характер.

Система OPG)/RANKL

В 1997 г. в трех разных лабораториях был выделен белок, играющий важную роль в биологии костной ткани. Белок, выделенный из клеток кишечника крысы [12], оказался гликопротеином, гомологичным членом суперсемейства TNF. Повы­шение биосинтеза этого белка у мышей сопровождалось ростом его концентрации в крови и развитием тяжелого остеопетроза в бедренной кости и позвонках. Одновременно наблюдалось значительное снижение количества остеокластов (ОК). При подкожном введении этот белок увеличивал костную массу животных и препятствовал ее потере после овариэктомии. Он получил название «остеопротегерин» (OPG).

В то же время из среды культивирования фибро­бластов человека был выделен гепарин-связывающий белок, способный тормозить образование ОК [13]. Авторы назвали его «фактором, ингибирующим остеокластогенез» (OCIF). В том же году Tan и соавт. [14] идентифицировали новый член семейства рецепторов TNF, который по строению и биологической активности оказался идентичным OPG [14–16].

Открытие OPG значительно ускорило выделение и двух других белков, входящих в число важнейших компонентов, контролирующих резорбцию кости в физиологических и патологических условиях. Один из них, получивший название лиганда ОPG (RANKL), является ключевым фактором активации ОК. Другой, обозначаемый RANK, представляет собой рецептор ОК, активация которого после связывания с RANKL стимулирует резорбирующую активность этих клеток. Полагают, что характер ремоделирования костной ткани во многом определяется соотношением продукции OPG и RANKL. Так, преостеобласты (преОБ) в большей степени экспрессируют RANKL и в меньшей степени – OPG. Повышенное соотношение OPG/RANKL способствует образованию и активации ОК. Когда остео­бласты (ОБ) приобретают зрелый фенотип, отношение OPG/RANKL уменьшается, и параллельно снижается стимуляция ОБ остеокластогенеза [17].

OPG, связывая RANKL, предотвращает активирующее влияние последнего на RANK ОК, что снижает как остеокластогенез, так и резорбирующую OK.

Таким образом, OPG является ложным рецептором RANKL. Экспрессия OPG обнаружена во многих тканях (легкие, сердце, почки, печень, желудок, кишечник, головной и спинной мозг, щитовидная железа и кости), но за исключением угнетения дифференцировки и активности ОК, его роль OPG пока неизвестна [12, 18]. Однако нокаут гена OPG у мышей приводит не только к тяжелому остеопорозу и резорбции кости, но и к глубокой кальцификации крупных артерий, а также выраженной пролиферации интимы и медии сосудов [19].

Наибольшая экспрессия RANKL наблюдается в костях, костном мозге и лимфоидной ткани (лимфатические узлы, вилочковая железа, селезенка, печень плода, пейеровы бляшки). Основная его роль в костной ткани – стимуляция дифференцировки и активности ОК и подавление апоптоза ОК. В отсутствии RANKL у мышей наблюдается тяжелый остеопетроз, нарушается прорезывание зубов, полностью отсутствуют ОК, нарушается ранняя дифференцировка Т- и В-клеток, лимфатических узлов и тимуса [20, 21].

Рекомбинантный OPG человека (рOPGч) обладает антирезорбтивным действием как in vitro, так и при подкожном введении животным с остеопорозом. P.J.Bekker и соавт. [22] провели первое клиническое рандомизированное плацебо-контролируемое двойное слепое исследование 52 женщин в постменопаузе, которым вводился рOPGч. Уже к 12-му часу после однократного подкожного введения препарата наблюдалась значимое снижение уровня С-концевого телопептида коллагена I типа в моче. Максимальное снижение этого показателя (примерно на 80%) отмечено на 4-й день после инъекции рOPGч в дозе 3 мг/кг. Уровень костного изофермента щелочной фосфатазы (маркера костеобразования) не менялся в течение 3 недель после введения изучаемого препарата, а к 6-й неделе – снижался на 30%. Действие препарата после однократного введения сохранялось более 6 недель и не сопровождалось заметными побочными эффектами [22]. Отдаленные эффекты OPG в отношении МПКТ, частоты переломов и состояния сердечно-сосудистой системы, требуют дальнейшего изучения. В то же время применение OPG открывает широкие перспективы лечения остеопороза, а возможно, и других заболеваний, сопровождающихся повышенной костной резорбцией.

Система OPG/RANKL: связь между повышенной резорбцией костной ткани, медиакальцинозом и облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей

Предполагается, что обызвествление артерий и снижение МПКт при ДН связаны с изменениями скорости кровотока вследствие нарушения симпатической иннервации сосудов. Однако механизм связи между снижением эластичности сосудов и увеличением перфузии костной ткани и остеолизом, до сих пор не изучен.

Simonet и соавт. [12] обнаружили выраженную экспрессию OPG в медии крупных артерий. В дальнейших исследованиях in vitro была выявлена продукция OPG гладкомышечными клетками артерий [23] и эндотелиоцитами [24]. У мышей с дефицитом OPG, наряду с обызвествлением и аневризмами крупных артерий, рано развивался остеопороз, возникали множественные переломы и опасная для жизни гиперкальциемия [19]. У потомства OPG-дефицитных мышей, скрещенных с животными, которым в пренатальном периоде был внедрен ген OPG, остеопороз и кальциноз артерий отсутствовали. Таким образом, было доказано, что дефицит OPG является причиной обоих патологических процессов [25].

Дальнейшие доказательства роли OPG в качестве модулятора состояния сосудов были получены Browner и соавт. [26]. При обследовании 490 пожилых женщин оказалось, что у больных СД концентрация OPG в сыворотке в среднем была на 30% выше, чем у женщин без СД. В группе больных с СД наблюдалась более высокая смертность от ССЗ. У женщин с наиболее высокими концентрациями OPG в сыворотке относительный риск смерти от ССЗ возрастал более чем в 4 раза. Показано также, что концентрация OPG в сыворотке у мужчин с ишемической болезнью сердца (ИБС) или СД выше, чем у мужчин без этих заболеваний. Концентрация OPG коррелировала с общей смертностью и смертностью от ССЗ (с поправкой на возраст). Shoppet М. и соавт. [27] исследовали группу из 522 мужчин, сопоставимых по возрасту. Концентрация OPG в сыворотке зависела от наличия и тяжести ИБС и возрастала у пациентов старшего возраста с сопутствующим СД. Предварительные результаты свидетельствовали также о снижении концентрации RANKL в сыворотке пациентов с ИБС, хотя и независимо от ее тяжести.

Иммунореактивные OPG и RANKL выявлены в сосудистой стенке при ранних атеросклеротических изменениях, тогда как в сформированных очагах кальцификации OPG обнаруживался по краям очагов, а RANKL – в местах отложения кальция. Важно отметить, что повышенный уровень OPG в сыворотке коррелировал с наличием и тяжестью поражения коронарных артерий. OPG обнаруживался в неоинтиме вокруг скопления пенистых клеток и очагов кальцификации, которые присутствовали примерно в 15% образцов атеросклеротических бляшек из каротидных артерий и сердечных клапанов [9].

У женщин с остеопорозом и повышенными уровнями маркеров костного ремоделирования в сыворотке концентрации OPG были выше, чем у женщин того же возраста без признаков остеопороза [28]. Это позволило предположить, что возрастные концентрации OPG отражают недостаточность компенсационных механизмов в иммунной системе, способствующих обызвествлению артерий и атеро­склерозу.

Кальцификация сосудов и остеопороз часто сопутствуют друг другу и имеют общие факторы риска (пожилой возраст, воспалительные заболевания, применение глюкокортикоидов, хроническая почечная недостаточность, недостаток эстрогенов, СД). На боковых поясничных рентгенограммах больных с остеопорозом позвоночника обычно вы­являются плотные кальцификаты аорты, расположенные непосредственно напротив позвонков, где остеопороз наиболее выражен. Эпидемиоло­ги­ческие исследования свидетельствуют о том, что частота остеопороза возрастает у людей с атеро­склерозом, ССЗ и кальцификацией аорты. У женщин в постменопаузальном периоде кальцификация при атеросклерозе развивается, как правило, параллельно дегенеративным изменениям костей, т. е. отложение кальция в сосудах происходит одновременно с потерей кальция из скелета [11, 25, 29, 30]. Травматические переломы сопровождаются заметным увеличением экспрессии OPG и RANKL [31]. RANKL вызывает резорбцию костной ткани и в то же время способствует кальцификации гладкомышечных клеток артерий. Действие OPG оказывает протективное (скорее всего, компенсаторное) действие и в костной ткани, и в сосудистой стенке. Несмотря на антагонизм эффектов OPG и RANKL, их экспрессия в тканях при остеопении и кальцификации повышена.

Таким образом, экспериментальные и клинические исследования свидетельствуют о том, что система OPG/RANKL не только регулирует ремоделирование костной ткани, но и принимает участие в развитии патологии сосудов. В связи с этим приобретает актуальность разработка терапевтических исходов, направленных на увеличение концентрации OPG в костной ткани и сосудистой стенке.