Môžu hormóny regulujúce vápnik pôsobiť proti škodlivému vplyvu molekulárnych vzorcov spojených s prozápalovým poškodením pri rozvoji srdcového zlyhania?

Ak sa chcete dozvedieť viac informácií, kontaktujte prosímdavid.wan@wecistanche.com

ABSTRAKT

Rastúce dôkazy naznačujú dôležitú úlohu zápalovej zložky pri zlyhaní srdca (SZ). Nedávny vývoj v tejto oblasti naznačuje nejednoznačnú úlohu, ktorú zohráva vrodená imunita pri imunitne riadenom SZ. Poškodené alebo stresované bunky, najmä kardiomyocyty, emitujú molekulárne vzory spojené s poškodením (DAMP) vrátane HMGB1, S100 A8/A9, HSP70 a iných molekúl, čím sa rozvinú parakrinné mechanizmy, ktoré indukujú vrodenú imunitnú odpoveď. Vrodená imunita, navrhnutá ako adaptívna, regeneračná reakcia, sa však môže nadmerne aktivovať, a tak prispieť k rozvoju SZ zmenou rytmu kardiostimulátora, kontrakcie a elektromechanického spojenia, pravdepodobne narušením homeostázy vápnika. Súčasný prehľad bude skúmať hypotézu zapojenia hormónov regulujúcich vápnik, ako je parathormón a parathormón – príbuzný proteín, v boji proti škodlivému vplyvu nadbytku DAMP, a teda zlepšovaní funkčných charakteristík srdca, najmä v akútnej fáze. choroby.

Kliknutím sem sa dozviete viac o Cistanche

SRDCE A VRODENÁ IMUNITA

Rôzne kardiovaskulárne patológie často kulminujú v komplexnom stave srdcového zlyhania (SZ). SZ sa často spája s rôznymi komorbidnými stavmi. Bežný pre takéto komorbidity je systémový zápal, najčastejšie spojený s oxidačným stresom a endoteliálnou dysfunkciou.1 Široká škála kardiovaskulárnych porúch, z ktorých vyplýva SZ, sa výrazne líši v načasovaní a rozsahu imunitnej aktivácie. Ischemické poškodenie, hypertenzia a rôzne metabolické syndrómy, ako aj vrodené kardiomyopatie, chlopňové dysfunkcie a aortálna stenóza sú teda charakterizované sekundárnou odpoveďou imunitného systému, zatiaľ čo myokarditída rôzneho pôvodu, autoimunitná a infekčná ( vírusové a bakteriálne) spúšťajú primárnu aktiváciu vrodenej a adaptívnejimunitné systémy.2Špecifické charakteristiky imunitnej odpovede pri SZ spôsobenej rôznymi etiologickými spúšťačmi sú široko diskutované v literatúre a prezentované v niekoľkých vynikajúcich prehľadoch.3–5Donedávna sa predpokladalo, že srdcový sval, vysoko diferencované tkanivo, má obmedzenú schopnosť regenerácie.Ukázalo sa však, že poškodenie tkaniva môže viesť k aktivácii imunitných a regeneračných procesov v myokarde.Počnúc adaptívnou reakciou zameranou na opravu poškodeného tkaniva sa však zápalové procesy môžu za určitých okolností zmeniť na chronický proces prispievajúci k rozvoju srdcového zlyhania.

Ak je v prvej, akútnej fáze poranenia imunitná (predovšetkým vrodená) odpoveď smerujúca k reparácii tkaniva sprostredkovaná prevažne rezidentnými a infiltrujúcimi imunitnými bunkami, neskôr v chronickej fáze ochorenia sú alarmové signály uvoľnené stresovaným, resp. poškodené bunky iniciujú druhú vlnu vrodenej imunitnej odpovede.4Srdcové tkanivá exprimujú všetky základné zložky systému prenosu signálu zodpovedného za prirodzenú imunitu v srdcovom tkanive.Môžu byť aktivované exogénnymi aj endogénnymi alarmovými signálmi, molekulárnymi vzormi spojenými s patogénmi (PAMP) a molekulárnymi vzormi spojenými s poškodením (DAMP).Zatiaľ čo PAMP majú exogénny, to znamená bakteriálny alebo vírusový pôvod (ako sú zložky bakteriálnej steny, lipopolysacharidy (LPS)), DAMP sú endogénne molekuly, z ktorých väčšina má dôležité intracelulárne funkcie nesúvisiace s imunitou.Kľúčovými členmi tejto skupiny sú vysokomobilný skupinový box 1 (HMGB1), všadeprítomná štrukturálna zložka chromatínového komplexu s viacerými regulačnými funkciami, molekulárny chaperón HSP70, cytokín S100 A8/A9 a ďalšie. 6 7 Uvoľnenie týchto molekúl zpoškodených buniek do extracelulárneho priestoru/cirkulácia aktivujú obranný aparát ovrodená imunita v rôznych tkanivách parakrinným alebo endokrinným spôsobom. Mechanicky sa vyskytuje prostredníctvom interakcie DAMP so skupinou receptorov rozpoznávania vzorov (PRR), z ktorých najbežnejšou je rodina toll-like receptorov (TLR) s TLR4 ako kľúčovým členom a tiež receptorom pre pokročilé konečné produkty glykácie (RAGE).8 9Rastúci počet dôkazov naznačuje funkčný význam týchto molekúl pre rozvoj chronického zápalu pri SZ. Zistilo sa, že aktivácia PRR pomocou HMGB1 a iných DAMP v akútnej fáze poškodenia srdcového tkaniva má najpriaznivejší cytoprotektívny vplyv (prehľad v Mann10). Napríklad akútne podanie HMGB1 do periinfarktovej zóny (model na hlodavcoch) sprostredkuje regeneráciu tkaniva indukujúcu proliferáciu a diferenciáciu kardiomyocytov.11 Podobne nadmerná expresia HMGB1 u transgénnych myší znížila nekrózu a celkovú veľkosť infarktu po infarkte myokardu. 12Zároveň sú predĺžené účinky DAMP negatívnejšie.13 Nepriamym dôkazom toho sú podstatne znížené hladiny HMGB1 na obnovu krvného zásobenia ischemických kardiomyocytov, zatiaľ čo inhibícia uvoľňovania HMGB1 podstatne tlmí intenzitu imunitnej odpovede.13 U pacientov so SZ sa zistilo, že zvýšené hladiny HMGB1 súvisia so závažnosťou ochorenia.14–18 Zvýšené sérové ​​​​hladiny HMGB1 pri sepse vedú k negatívnemu inotropnému účinku.19To sa ukázalo aj na mnohých zvieracích modeloch srdcových chorôb. Inhibícia HMGB1 teda urýchľuje remodeláciu kardiomyocytov v modeli indukovaného ischemického poškodenia u potkanov.20 Podávanie heranilheranilacetónu, špecifického inhibítora HMGB1, vedie k redukcii infarktovej zóny a zníženiu hladín laktátdehydrogenázy a kreatínkinázy v myokarde. 21 Ošetrenie myší divokého typu rekombinantným HMGB1 zvýšilo veľkosť infarktu u myší model I/R poranenia.22

VLHKOSŤ A REGULÁCIA VÁPNIKA V MYOKARDE

Molekulárne mechanizmy účinkov HMGB1 sú veľmi zložité v závislosti od redoxného stavu HMGB1, receptorov, s ktorými interaguje, a čo je najdôležitejšie, efektorového tkaniva. Všeobecne sa však uznáva, že vo väčšine tkanív, vrátane myokardu, HMGB1-spúšťaná signálna transdukčná dráha začína interakciou s PRR s nasledujúcou aktiváciou NF- nukleárneho receptora.23 Ten druhý transaktivuje promótory niekoľkých génov, najmä prozápalových cytokínov a chemokínov. Okrem prozápalových účinkov HMGB1 sa však ukazuje, že v srdcovom svale môže HMGB1 interferovať aj s vitálnou kontraktilnou funkciou kardiomyocytov, ktorá je primárne závislá od prísne regulovanej vápnikovej homeostázy. Vápnikové prúdy majú prvoradý význam pre tvorbu akčného potenciálu v myocytoch kardiostimulátora, pre fázu plateau akčného potenciálu a prípadne pre spájanie excitácie a kontrakcie srdca.24–26 Preto poruchy homeostázy vápnika môže vyvolať alebo zhoršiť rozvojsrdcovej patológie.27 Napríklad hypokalciémia môže byť základom etiológie kardiomyopatií a SZ, zatiaľ čo hyperkalcémia vedie ku kalcifikácii srdcových chlopní a ciev spôsobujúcich fibrózu myokardu.28–30Zdá sa, že DAMP môžu interferovať s homeostázou vápnika v srdcovom svale. Ligandom sprostredkovaná aktivácia skupiny toll-like receptorov v myšom celom srdci a kardiomyocytoch paralelne so zápalovou odpoveďou (expresia IL6, rôznych chemokínov) bola tiež spojená so zníženou kontraktilitou kardiomyocytov.31 In vitro liečba izolovanej mačky srdcových myocytov s HMGB1 viedlo k 70-percentnému zníženiu skrátenia sarkomér a 50-percentnému zníženiu výšky vrcholu Ca2 plus prechodné. Dospelo sa k záveru, že negatívne inotropné účinky HMGB1 sú spôsobené znížením dostupnosti vápnika v srdcových myocytoch prostredníctvom modulácie membrányprílev vápnika.32Bolo tiež preukázané, že HMGB1 zvyšuje frekvenciu Ca2 plus iskier, znižuje obsah Ca2 plus v sarkoplazmatickom retikule (SR) a znižuje amplitúdu systolického Ca2 plus prechodnej a myocytovej kontraktility (negatívny inotropný účinok) v závislosti od dávky u dospelých. ventrikulárne myocyty potkanov.33 Autori naznačujú, že tieto účinky sú spojené s predtým preukázanou aktiváciou NAD(P)H oxidázy závislou od HMGB1/TLR{7}} a zvýšenou produkciou reaktívnych foriem kyslíka (ROS) s redoxnou modifikáciou srdcovej ryanodínový receptor (RyR2). O druhom je známe, že hrá zásadnú úlohu pri spájaní srdcovej excitácie a kontrakcie hradlovaním Ca2 plus uvoľňovaním zo SR. Okrem toho sa tiež ukázalo, že oxidačný stres aktivuje Ca2 plus/kalmodulín-dependentnú proteínkinázu II oxidáciou enzýmu a následne zvýšením aktivity RyR. Celkovo autori dospeli k záveru, že takéto účinky HMGB1 závislé od ROS na únik vápnika a následne na kontraktilitu môžu prispievať k rôznym patológiám vedúcim k SZ.33HMGB1 môže byť tiež upregulovaný v srdcových myocytoch potkanov pri podávaní LPS, s následným znížením srdcovej funkcie. HMGB1 špecificita tohto účinku bola potvrdená perfúziou s rekombinantným HMGB1 s výsledným negatívnym inotropným účinkom na ľavú komoru.34Je zaujímavé, že inkubácia ešte ďalšieho DAMP, HSP70, s primárnymi myšacími kardiomyocytmi tiež vedie k zníženiu kontraktility; autori to však spájajú skôr s NF-k-sprostredkovanou upreguláciou prozápalových mediátorov, a teda so zápalom kardiomyocytov, než so zmenenou homeostázou vápnika.3

Vápnik regulujúce faktory a kardiovaskulárne ochorenia

Aké sú hlavné faktory regulujúce homeostázu vápnika a potenciálne sa podieľajú na poruchách vápnika sprostredkovaných vrodenou imunitou? Hladiny vápnika v krvi sú regulované prevažne hormonálnym systémom regulujúcim vápnik, ktorý zahŕňa parathormón (PTH), proteín súvisiaci s parathormónom (PTHrP), vitamín D a kalcitonín. Hlavnými cieľovými orgánmi pre všetky tieto hormóny/vitamíny sú obličky, kostná dreň a gastrointestinálny trakt. PTH, PTHrP a vitamín D stimulujú zvýšenie hladín vápnika v krvi, zatiaľ čo kalcitonín má opačný účinok.35Vzhľadom na ich dôležitú úlohu v homeostáze vápnika boli mechanizmy účinku hormónov regulujúcich vápnik študované najmä pri aplikácii na fyziológiu kostí. Účinky PTH/PTHrP sú však zdokumentované aj pre niekoľko ďalších orgánov a tkanív vrátane srdca.PTH, ako aj PTHrP, sa považujú väčšinou za kardioprotektívne, pretože uľahčujú zvýšenie srdcovej frekvencie, pozitívne inotropné a chronotropné účinky a koronárnu vazodilatáciu.36–41 Zaujímavé je, že naše nepublikované údaje preukazujú zvýšené hladiny cirkulujúceho PTH u pacientov s kardio -myopatie a tento posun koreloval so zvýšenými hladinami HMGB1.Hoci zmeny hladín vápnika v krvi sprostredkované PTH môžu nepriamo ovplyvniť vedenie srdca, stále viac dôkazov naznačuje aj priamy vplyv PTH/PTHrP na kardiomyocyty (Palmeri a Walker42 a tam uvedené odkazy). Toto je podporené objavom expresie PTH/PTHrP receptora, PTH1R, v kardiomyocytoch. mRNA PTH1R bola teda detegovaná v myšom srdcovom tkanive a tiež v ľudských komorových myocytoch, ktoré sa po ischemickom poškodení zdali byť zvýšené.43 44Pozitívne inotropné účinky PTH v kardiomyocytoch sú sprostredkované PTH1R a pridruženými G-proteínmi s následnou aktiváciou vápnikových kanálov typu L, ktoré zvyšujú intracelulárny vápnik.45–47 Ukázalo sa, že chronotropné účinky sú závislé od aktivácie adenylátcyklázy a downstream cAMP signalizácia, ktorá zvyšujeI f kardiostimulátorové prúdy, konkrétne v sinoatriálnom uzle srdca.48 49Ak zhrnieme vlastnosti systému PTH/PTHrP regulujúce vápnik a dysreguláciu vápnika sprevádzanú nadmernou aktiváciou prvkov vrodeného imunitného systému v priebehu mnohých srdcových porúch, možno predpokladať, že predpokladané kardioprotektívne vlastnosti hormónov regulujúcich vápnik môže hrať dôležitú úlohu pri obnove funkcie srdcového svalu.

HOMÓNY REGULUJÚCE VÁPNIK A PREAKTIVOVANÁ VRODENÁ IMUNITNÁ REAKCIA V SRDCI

Spomedzi rôznych faktorov regulujúcich vápnik sa PTHrP javí ako najzaujímavejšia kandidátska molekula. Na rozdiel od PTH nie je PTHrP vylučovaný prištítnou žľazou; je však exprimovaný a vylučovaný v/z mnohých rôznych typov buniek za fyziologických, ako aj patologických podmienok a predpokladá sa, že pôsobí väčšinou parakrinným alebo autokrinným spôsobom.50 Hoci fyziologická funkcia PTHrP nie je úplne pochopená, primárne molekulárne mechanizmy svojim účinkom sa aspoň čiastočne podobá PTH, pretože oba hormóny sú aktivačnými ligandami PTH1R,51 receptora spojeného s G-proteínom, ktorý môže aktivovať adenylcyklázu aj fosfolipázu C so spustením signálnych transdukčných dráh, ktoré kulminujú v expresii rôznych cieľových génov.52 Aktivácia fosfolipázy C sprostredkovaná PTHrP vedie k tvorbe inozitol 1,4,5-trifosfátu (IP3), ktorý iniciuje uvoľňovanie vápnika z endoplazmatického retikula. PTHrP je jediný hormón regulujúci vápnik exprimovaný v tkanivách srdca. Proteín PTHrP bol detegovaný vo vyvíjajúcich sa aj dospelých ľudských srdciach.{12}} Presnejšie povedané, expresia sa našla v endotelových bunkách apredsieňových myocytoch.55 Zistil sa však aj v komorových kardiomyocytoch.56Funkčne sa predpokladá, že PTHrP pôsobí ako mechanicky citlivá regulačná molekula, ktorá sa podieľa na riadení vaskulárneho tonusu (a tým aj krvného tlaku), chronotropie a inotropie, čo vedie ku koncepcii PTHrP ako endokrinného kardioprotektívneho „kondicionačného mimetika“.{ {1}}Skutočne sa ukázalo, že jeho expresia je indukovaná pri ischemickom poškodení56 a kongestívnom zlyhaní srdca54, a kontraktilná funkcia omráčeného myokardu u potkanov a ošípaných sa zlepšila po podaní rekombinantného PTHrP.58 Podobne PTHrP zlepšil kontraktilnú schopnosť dospelých. potkanie kardiomyocyty.59Ako už bolo uvedené, zápalová zložka mnohých srdcových porúch je, aspoň čiastočne, zodpovedná za dysreguláciu homeostázy vápnika, čo zvádza k špekulácii, že adaptívna akútna reakcia môže zahŕňať indukciu PTHrP na obnovenie kontraktilnej funkcie. kardiomyocytov.

Aké sú dôkazy podporujúce túto hypotézu? Ukázalo sa, že aktivácia imunitného systému riadená LPS indukuje mRNA PTHrP v rôznych orgánoch, vrátane srdca, po zvýšenej lokálnej expresii prozápalových cytokínov, TNF- a IL-1. Predpokladalo sa, že lokálne parakrinné alebo autokrinné účinky týchto cytokínov môžu byť zodpovedné za indukovateľnú expresiu PTHrP počas reakcie hostiteľa.60 Ďalší príklad nadmernej expresie PTHrP vyvolanej cytokínom bol demonštrovaný v myších mezangiálnych bunkách. Navrhlo sa, že PTHrP môže pôsobiť ako faktor prežitia prostredníctvom mechanizmu negatívnej spätnej väzby, ktorý zahŕňa upreguláciu cyklooxygenázy-2.61 Okrem toho môže byť expresia génu PTHrP aktivovaná NF-, ktorý je hlavným jadrovým receptorom organizovanie rôznych následných účinkov DAMP. Ukázalo sa teda, že jeden z dvoch odlišných promótorov génu PTHrP, P2, obsahuje väzbové miesta NF-. Chromatínové imunoprecipitačné testy potvrdili in vivo väzbu p50 a c-Rel podjednotiek NF- na P2 promótor, zatiaľ čo prístup génového reportéra demonštroval NF--riadenú upreguláciu P2 promótora PTHrP.62A spoločného motívu v takýchto signálne transdukčné dráhy kulminujúce aktiváciou/represiou transkripčného génu je prísne obmedzené časové okno, ktoré je zvyčajne regulované slučkami negatívnej spätnej väzby.63 Ide o evolučne konzervovaný mechanizmus, ktorý zabraňuje nadmernej akumulácii produktov cieľových génov, ktoré môžu mať často škodlivý vplyv na normálnu fyziológiu buniek. Zdá sa, že imunitne sprostredkovaná upregulácia expresie PTHrP v srdci sleduje takýto dočasný vzorec, napríklad hladiny PTHrP mRNA vrcholia 1–2 hodiny po injekcii endotoxínu s následným návratom na základné hladiny.60 Okrem toho, vnútrobunkové následné účinky PTHrP sú podobne krátkodobé. 50 Všetky tieto údaje hovoria v prospech hypotézy, že jedným z dôsledkov nadmerne aktívnej vrodenej imunity – na srdcové patológie môže byť indukcia expresie PTHrP spúšťajúca spektrum intracelulárnych účinkov, ktoré by obmedzili škodlivý vplyv rôznych modulátorov imunity, napr. ako PAMP a DAMP na homeostázu vápnika a preto obnovujú kontraktilné vlastnosti kardiomyocytov. Možno tiež navrhnúť, že v dôsledkuk špecifickému časovému vzoru signálnej kaskády iniciovanej PTHrP môžu takéto kardioprotektívne účinky hrať dôležitú úlohu v skorých (akútnych) štádiách imunitne riadených srdcových patológií. Vzhľadom na obrovské množstvo údajov podporujúcich túto hypotézu si určite zaslúži ďalšie prísne štúdie, ktoré by mohli pomôcť pri vývoji nových terapeutických prístupov s použitím faktorov regulujúcich vápnik na profylaxiu a / alebo terapiu imunitne podmienených komplikácií srdcového zlyhania.