BDNF/TrkB-сигналинг при стабильной ишемической болезни сердца

Ишемическая болезнь сердца (ИБС) является одной из ведущих причин смертности во всем мире. Морфологической основой ИБС является атеросклероз сосудистой стенки, в патогенезе которого участвуют многие механизмы, включая воспалительные процессы, дисфункцию эндотелия и оксидативный стресс [1]. В настоящее время имеются данные об участии нейротрофических факторов в патогенезе ИБС. Нейротрофины являются регуляторными белками нервной ткани, играющими важную роль в развитии и поддержании нормального функционирования нервной системы. Согласно данным литературы, один из самых распространенных представителей этого класса нейротрофический фактор мозга (BDNF) играет ключевую роль также в регуляции сердечно-сосудистого гомеостаза [2]. BDNF экспрессируется в центральной и периферической нервной системе, а также в не-нейрональных тканях и разных типах клеток (сердце, эндотелиальные клетки (ЭК), гладкомышечные клетки сосудов, макрофаги, тучные клетки, лимфоциты, тромбоциты) [2].

BDNF играет плейотропную роль, связываясь со своим специфическим рецептором тропомиозин-родственной киназы B (TrkB), и запуская нижестоящие сигнальные пути. Недавние исследования показали, что передача сигналов BDNF/TrkB присутствует в периферической сосудистой сети, стимулирует ангиогенез, способствует выживанию, росту ЭК, а также поддерживает целостность сосудов [3]. Ангиогенное действие BDNF опосредуется воздействием на ЭК сосудов и оказывает влияние на экспрессию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), одного из основных факторов ангиогенеза при коронарном атеросклерозе [4].

В последнее время появляется все больше свидетельств того, что уровни BDNF и рецепторов TrkB тесно связаны с развитием и исходом сердечно-сосудистых заболеваний [5]. Литературные данные о содержании в крови BDNF у больных ИБС противоречивы. В некоторых исследованиях указывается на пониженные уровни BDNF у больных ИБС [6][7]. Имеются сведения, что у больных с нестабильной стенокардией и инфарктом миокарда уровень BDNF значимо выше, чем при стабильной стенокардии [6]. Фрамингемское исследование показало, что повышенный уровень BDNF был взаимосвязан с низким риском развития сердечно-сосудистых событий и смертностью от всех причин [8]. Имеются работы, посвященные установлению связи BDNF с воспалительной реакцией при сердечно-сосудистых заболеваниях [9]. Результаты исследований последних лет показывают высокий потенциал использования циркулирующего в крови BDNF/TrkB в диагностике и в качестве прогностического маркера у больных ИБС.

Целью настоящей работы явилось исследование содержания BDNF и рецептора TrkB в сыворотке крови больных стабильной ИБС и оценка взаимосвязей BDNF/TrkB-сигналинга с тяжестью коронарного атеросклероза, показателями системного воспаления (интерлейкин (ИЛ)-2, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10, фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α)) и ангиогенезом (VEGF).

Материал и методы

Работа выполнена в дизайне проспективного сравнительного исследования в период с января по ноябрь 2021г на базе Медицинского центра Дальневосточного федерального университета (г. Владивосток). Исследование проведено в соответствии с требованиями Хельсинкской декларации (пересмотр 2013), одобрено локальным этическим комитетом (протокол № 10 от 28.12.2020). В исследование включены 99 больных стабильной ИБС, которым в плановом порядке была проведена коронароангиография (КАГ), из них 69 человек с обструктивным и 30 человек с необструктивным поражением коронарных артерий (КА). Среди обследованных — 61 мужчина и 38 женщин, средний возраст 61,0 (58,0; 66,0) лет. В контрольную группу вошли 30 здоровых добровольцев, сопоставимые по половозрастному признаку (15 мужчин, 15 женщин, средний возраст — 58,5 (53,7; 61,0) лет). Характеристика обследованных представлена в таблице 1.

Критерии включения: 1) больные со стабильной стенокардией, которым выполнена КАГ; 2) обструктивные и необструктивные поражения КА по данным КАГ; 3) наличие подписанного информированного согласия. В исследование не включались пациенты, перенесшие острое коронарное событие и нарушение мозгового кровообращения в течение последних 6 мес.; больные с тяжелой хронической сердечной недостаточностью (фракция выброса ≤40%); онкологическими, иммунными и воспалительными заболеваниями; больные, принимающие антидепрессанты или транквилизаторы.

Пациентам проводились клинико-лабораторные и инструментальные обследования в соответствии со стандартами диагностики стабильной ИБС.

В лабораторном исследовании использовали образцы сыворотки крови, которые хранили при температуре -80º С. Содержание BDNF и рецепторов TrkВ в сыворотке крови определяли методом иммуноферментного анализа с использованием стандартных наборов ("Cloude-Clone Сorp.", США). Концентрации VEGF, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10 и ФНО-α в сыворотке крови определяли с применением наборов Вектор-Б ЕСТ (Россия). Количественное содержание BDNF, TrkB оценивали в нг/мл, VEGF — в мЕ/мл, цитокинов — в пг/мл.

КАГ проводилась по стандартной методике с использованием ангиографической установки "Philips Allura Xper FD 20". Анализ ангиограмм выполнялся с помощью программного обеспечения "Xcelera" (Philips, Нидерланды). Обструктивными стенозами считали сужение диаметра ≥50% просвета основных артерий и/или ствола левой КА, в противном случае стенозы считались необструктивными.

Количественная оценка коронарного атеросклероза проводилась с помощью ангиографической шкалы Gensini (GS).

Статистическая обработка материалов проведена с помощью программного обеспечения IBM SPSS Statistics 26,0 (StatSoft Inc., США). Нормальность распределения количественных признаков оценивали с помощью критерия Колмогорова-С мирнова, Шапиро-Уилка. Количественные переменные представлены в тексте как Мe (Q₁; Q₃) где Me — медиана, Q₁ — нижний квартиль, Q₃ — верхний квартиль, т. к. большинство параметров имели распределение, отличное от нормального. Номинальные (качественные) значения указаны в абсолютных числах (n) и процентах (%). Для сравнения параметров между группами использовался тест Краскела-Уоллиса с последующим сравнением между отдельными группами (тест Манна-Уитни) с поправкой Бонферрони. Различия между качественными признаками проводилось по критерию χ² Пирсона. Кластерный анализ методом k-средних использовался для определения однородности групп по количественным переменным: BDNF и Trk B. Связь между изучаемыми параметрами оценивалась путем расчета коэффициентов ранговой корреляции Спирмена и линейного анализа (множественный линейный регрессионный анализ). Различия считались статистически значимыми при p<0,05.

Результаты

По результатам КАГ у больных ИБС с обструктивным стенозом (n=69) индекс GS варьировал от 8 до 198 баллов, Ме составила 40,00 (23,0; 84,0) баллов. C учетом медианного значения идентифицированы пациенты с умеренным (GS <40, n=37) и тяжелым поражением КА (GS ≥40, n=32). У больных с необструктивным поражением КА (n=30) Me индекса GS равнялась 2,0 (1,0; 3,0) баллов.

Оценка уровней BDNF не выявила значимых различий между группами больных с обструктивным (Ме 22,33 нг/мл) и необструктивным (Ме 22,35 нг/ мл) поражением КА, а также с контролем (Ме 22,01 нг/мл; р=0,665) (рис. 1 А). Концентрация TrkB у больных с умеренным и тяжелым атеросклерозом по сравнению с контролем была выше (1,27 и 1,1 vs 0,61 нг/мл; p<0,001 и p=0,008, соответственно). У больных с необструктивным поражением артерий уровень рецепторов TrkB также превышал контрольные значения (1,18 vs 0,61 нг/мл; р<0,001) (рис. 1 Б).

Отмечен значительный разброс уровня BDNF у больных ИБС. Так, при обструктивном поражении КА значение BDNF варьировало от 1,2 до 33,92 нг/мл, размах вариации R (X_max-X_min) — 32,72 нг/мл. Коэффициент вариации (V) составил 50,78%, что свидетельствует о неоднородной совокупности данных. У пациентов без обструктивного поражения сосудов размах вариации BDNF был меньше — от 17,8 до 30,83 нг/мл (R=13,03 нг/мл), V=10,52%. В контрольной группе значения BDNF варьировали от 18,78 до 25,75 нг/мл (R=6,97), коэффициент вариации указывал на однородность совокупности данных (V=9,45%).

Учитывая широкий диапазон содержания BDNF и TrkB у индивидуумов, для выделения наиболее часто встречающихся их сочетаний у больных ИБС проведена классификация объектов методом k-средних кластерного анализа. Число кластеров выбрано априорно и определялось в процессе разделения множества на группы по их схожести. Классифицировано 99 объектов. Получено 3 кластера, в каждый кластер вошли наиболее однородные объекты. Первый кластер K1 составили 55 больных ИБС, у которых уровень BDNF соответствовал контрольным значениям, а содержание рецепторов TrkB почти в 2 раза превышало контроль (табл. 2). Для пациентов второго кластера K2 (n=22) характерным явилось резкое снижение (в 3,7 раза) содержание BDNF и повышение в 2,5 раза уровня Trk B. В третьем кластере K3 у больных (n=22) наблюдалась увеличенная экспрессия BDNF (22,4%), при этом уровень рецепторов TrkB статистически значимо не отличался от контрольных значений.

Оценка клинико-ангиографических данных показала, что кластер K1 составили больные как с необструктивными (52,7%), так и обструктивными стенозами, преимущественно с умеренным атеросклеротическим поражением КА (табл. 3). Медиана индекса GS составила 8 баллов. По количеству пораженных артерий, степени стенозов, индексу GS пациенты кластера K1 значимо отличались от кластеров К2 и К3. Обращало внимание, что такие факторы риска (ФР), как гиподинамия, тревожно-д епрессивные состояния, у больных кластера К1 выявлялись значительно реже, чем в других кластерах.

В кластер К2 вошли пациенты только с обструктивными стенозами (Ме GS 45,0), при этом количество пациентов с умеренным и тяжелым коронарным атеросклерозом были почти в одинаковом соотношении (табл. 3). Характерным для данного кластера явились большая частота встречаемости тревожно-депрессивных расстройств (72,7% случаев). Тревожные расстройства у больных К2 наблюдались чаще, чем в К1 в 3,8 раза (p=0,003), депрессия — в 3,5 раза (р=0,012). По сравнению с К3 тревожно-депрессивная симптоматика у пациентов, составивших кластер К2, встречалась в 1,8 раз чаще.

Кластер К3 составили также больные с обструктивными стенозами, из них большинство (63,6%) имели тяжелый коронарный атеросклероз (Ме GS 46,0) (табл. 3). По количеству пораженных артерий и степени стенозов сосудов значимых различий между К2 и К3 не выявлено (p=0,643, p=0,385, соответственно). Среди ФР отличительным явилась частота встречаемости гиподинамии, которая в кластере К3 была максимальной и составила 77,3%. В кластере К3 по сравнению с К1 тревожно-депрессивные состояния встречались в 2 раза чаще (40,9% и 20%, соответственно), но статистической значимости эти отличия не имели.

По распространенности ожирения статистически значимых различий между кластерами не выявлено. Тем не менее частота встречаемости данного ФР была выше среди пациентов К2 и К3 по сравнению с К1.

При анализе параметров системного воспаления и ангиогенеза выявлены общие закономерности и определенные особенности при каждой оси BDNF/TrkB (табл. 2). Для пациентов в трех кластерах общими признаками явились: низкий уровень ИЛ-2 (р<0,001), ИЛ-4 (р<0,001) и повышенное содержание ФНО-α (p<0,001) по сравнению с контролем. Пациентов кластера К2 отличало повышение провоспалительного цитокина ИЛ-6.

Содержание VEGF значимо отличалось во всех кластерах. Так, у пациентов кластера К1 уровень VEGF соответствовал контролю. У пациентов К2 установлено снижение VEGF относительно контроля на 30,8% (р=0,039). В данном кластере медиа на VEGF была значимо ниже относительно значений в кластерах К1 и K3 (р<0,001). Высокое содержание VEGF выявлено в кластере К3, которое в 2 раза превышало значения контрольной группы и кластера К1 (р=0,008, р<0,001, соответственно), и в 3 раза — по сравнению с показателем кластера К2 (р<0,001) (табл. 2).

Таким образом, кластерным анализом по заданным переменным BDNF-TrkB выделены три группы больных ИБС, отличающиеся степенью атеросклеротического поражения КА, частотой встречаемости ФР, состоянием цитокинового статуса и уровнем VEGF.

Корреляционный анализ по Спирмену выявил обратную связь BDNF с TrkB (r=-0,301, p=0,019) и ИЛ-6 (r=-0,306, p=0,002), а также прямую ассоциацию BDNF с VEGF (r=0,536, p<0,001). Выявлена также прямая связь между уровнем TrkB и ФНО-α (r=0,403, p=0,001). Установлена прямая ассоциация VEGF с индексом GS (r=0,302, p=0,002).

С целью определения влияния различных переменных на уровень BDNF проведен множественный пошаговый регрессионный анализ. Определены три предиктора, влияющие на экспрессию BDNF: TrkB (β=-0,237, p=0,009), VEGF (β=0,490, p<0,001), ИЛ-6 (β=-0,339, p<0,001). Множественный коэффициент корреляции R=0,734 показал сильную связь между предикторами и BDNF. Коэффициент детерминации R²=0,539 указывает, что доля влияния предикторов на BDNF составляет 53,9%, а остальная часть, 46,1% — неучтенные (неизвестные) факторы в модели. Качество регрессионной модели оценивали с помощью средней ошибки аппроксимации Ᾱ. Допустимый предел значений для адекватной модели составляет Ᾱ<10%. Средняя ошибка аппроксимации Ᾱ составила 6,54%. Полученное значение свидетельствует о высоком качестве данной математической модели. Таким образом, повышение циркулирующего в сыворотке крови BDNF ассоциируется со снижением рецепторов TrkB, провоспалительного цитокина ИЛ-6 и увеличением уровня VEGF.

Обсуждение

В настоящее время все больше исследований показывают, что ось BDNF-TrkB играет важную роль в функционировании сердечно-сосудистой системы. У обследованных больных со стабильной ИБС в сыворотке крови наблюдался широкий диапазон концентрации BDNF на фоне повышенного уровня Trk B. Считается, что активация TrkB отражает активность BDNF. Резкое или постепенное повышение внеклеточных концентраций BDNF вызывает, соответственно, временную или устойчивую активацию рецептора TrkB и его последующую передачу сигналов, что приводит к различиям в молекулярных и клеточных функциях. Существенное варьирование концентрации BDNF в сыворотке крови у индивидуумов отмечали и другие авторы [10]. Использование в работе кластерного анализа позволило идентифицировать три варианта соотношения BDNF-TrkB у больных ИБС. Пациенты, составившие кластеры, отличались тяжестью коронарного атеросклероза, частотой встречаемости некоторых ФР, проявлением системной воспалительной реакции и интенсивностью ангиогенеза.

У пациентов с начальными признаками атеросклероза и умеренным поражением отмечалось увеличение концентрации рецепторов TrkB, при этом уровень BDNF был сравним c контролем. Сдвиг оси BDNF-TrkB в сторону увеличения содержания TrkB был сопряжен со снижением регуляторного ИЛ-2, противовоспалительного ИЛ-4 и повышением провоспалительного ФНО-α, что свидетельствует об изменении цитокинового баланса уже на начальных этапах развития ИБС и связи рецепторов TrkB с воспалением. Пациенты с данным вектором оси BDNFTrkB в отличие от других больных ИБС вели более активный образ жизни. По сравнению с больными ИБС, имеющими другие векторы оси BDNF-TrkB, гиподинамия выявлялась в 2,5 и 3 раза реже. Работы разных авторов свидетельствуют о положительной связи между физическими упражнениями и уровнем BDNF [11]. В настоящем исследовании достаточная двигательная активность сопровождалась сохранением BDNF на уровне контроля. Повышение TrkB на начальных этапах атерогенеза можно рассматривать как протективный фактор. Об этом свидетельствовали экспериментальные исследования, доказавшие, что рецепторы TrkB поддерживают целостность эндотелия при атерогенезе и играют защитную роль при развитии ИБС [12].

У больных с умеренным и тяжелым поражением КА выявлено два противоположных вектора оси BDNF-TrkB: значительное снижение BDNF (3,7 раза) на фоне увеличения TrkB (2,5 раза) и повышение BDNF на фоне нормального уровня Trk B.

У больных c резко сниженным уровнем BDNF выявлена высокая распространенность тревожно-депрессивной симптоматики, что могло повлиять на его уровень. К настоящему времени накоплен большой объем данных, свидетельствующих о связи дефицита BDNF и депрессии [13]. В проведенном исследовании низкий уровень BDNF ассоциировался с пониженной концентрацией VEGF и активацией продукции ИЛ-6. Согласно некоторым исследованиям, низкие уровни VEGF определялись у пациентов с плохо развитыми коллатеральными сосудами сердца у больных с хронической ИБС, что было связано с неблагоприятным исходом [14]. Высокий уровень ИЛ-6 у больных стабильной стенокардией наблюдается при прогрессировании заболевания [15]. Полученные авторами данные согласуются с результатами исследования Sustar A, et al. (2019), доказавших, что пониженные уровни BDNF ассоциируются с увеличенным риском сердечно-сосудистых событий и смертности [7].

Смещение оси BDNF-TrkB в сторону увеличения BDNF было характерно для больных с более тяжелым поражением КА (Ме GS 46 баллов). Известно, что содержание ВDNF в сыворотке крови возрастает в ответ на ишемическое повреждение ткани. К тому же у пациентов данного кластера выявлена высокая концентрация VEGF. По литературным данным, у больных с обструктивными поражениями КА гипоксия миокарда инициирует повышенную экспрессию VEGF, что ведет к неоваскуляризации атеросклеротической бляшки либо ее нестабильности [14]. По результатам оптической когерентной томографии высокие уровни BDNF были связаны с уязвимой бляшкой как у больных стабильной стенокардией, так и у пациентов с острым инфарктом миокарда [6].

В проведенном исследовании на фоне повышенного содержания BDNF (кластер К3) цитокиновый дисбаланс, характерный для больных ИБС, был менее выражен. На отрицательную связь BDNF с воспалением указывается и в работах других авторов. Предполагается, что BDNF может участвовать в регуляции экспрессии провоспалительных цитокинов посредством модуляции TLR4/NF-κB р65 сигнализации [9]. Выявленные взаимосвязи BDNF с VEGF и ИЛ-6, TrkB и ФНО-α подтверждают роль BDNF-TrkB-сигналинга в регуляции воспаления и ангиогенеза при стабильной ИБС.

Заключение

У больных стабильной ИБС установлены разные уровни экспрессии BDNF-TrkB. Вектор оси BDNF-TrkB ассоциируется со степенью поражения КА, физической активностью, тревожно-депрессивными состояниями. Сигнальные пути, активируемые BDNF, регулируют воспалительную реакцию, процессы ангиогенеза для повышения выживаемости клеток при ишемии. Пониженный уровень BDNF сопряжен с активацией синтеза провоспалительного цитокина ИЛ-6, биомаркера прогрессирования атеросклероза. Повышение экспрессии BDNF сопровождается увеличением VEGF, свидетельствующим об активной неоваскуляризации в атеросклеротических поражениях, что может приводить к нестабильности бляшки и неблагоприятным сердечно-сосудистым осложнениям. Учитывая важное значение BDNFTrkB-сигналинга в патогенезе ИБС, необходимо дальнейшее изучение факторов, влияющих на сывороточную экспрессию и прогностическую значимость BDNF-TrkB-сигналинга при ИБС.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.