Вклад гена OLR1 в развитие сердечно-сосудистых заболеваний

Актуальность проблемы сердечно-сосудистых заболеваний

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной смертности в мире [1]. По данным Всемирной организации здравоохранения, на долю заболеваний сердца приходится до 32% всех летальных исходов, что составило в 2021г 20,5 млн [2]. В России в структуре смертности ССЗ занимают первое место (удельная смертность составляет 57%, из которых почти 20% приходится на население трудоспособного возраста) [3]. По некоторым расчетам, проведенным в 12 регионах России, смертность от причин, связанных с ССЗ, составляет ~1 млн в год [4]. Однако риск развития ССЗ (а значит, и летальность, связанная с ССЗ) может значительно варьировать в зависимости от экономического развития региона [5]. Поэтому исследования по изучению молекулярно-генетических механизмов ССЗ, направленных на обнаружение патогенетически значимых молекулярных мишеней, а также поиск связанных с ними информативных биомаркеров течения и исхода ССЗ, остаются актуальными.

Предполагается, что такие биомаркеры обладают высоким потенциалом применения с целью персонифицированного лечения пациентов с ССЗ [6]. Перспективными биомаркерами могут явиться и полиморфные варианты генов, контролирующих жизненно важные процессы в клетках эндотелия, гладкомышечной стенки сосудов, клетках иммунной системы, поскольку механизмы многих заболеваний определяются состоянием сосудистой стенки. Такие биомаркеры могут найти применение в медицине критических и неотложных состояний для уточнения прогноза течения и исхода жизнеугрожающих состояний, таких как сосудистые катастрофы, и стратификации пациентов по преимущественным механизмам развития ССЗ с целью более прецизионного лечения [7].

Под ССЗ обычно понимают совокупность различных заболеваний, существенной причиной развития которых является атеросклероз. Поэтому именно атеросклероз служит первоочередной мишенью при решении диагностических и терапевтических задач [8].

Атеросклероз представляет собой хроническое воспалительное заболевание крупных и средних артерий с образованием атеросклеротических бляшек (АСБ), которые могут быть стабильными с развитием атеросклероза сонных артерий, атеросклероза коронарных артерий или заболеваний периферических артерий. С дальнейшем прогрессированием заболевания АСБ становятся нестабильными: разрываются или разрушаются, что может стать причиной инфаркта миокарда, ишемического инсульта, критической ишемии конечности [9-11].

Приведенные сведения подчеркивают актуальность проблемы поиска высокоинформативных и патогенетически значимых молекул, сочетающих признаки терапевтических мишеней и прогностических биомаркеров. К таким перспективным молекулам-кандидатам в последнее время относят полиморфные варианты гена OLR1 и его белковые продукты [12-15]. Активное участие молекул OLR1, его лиганда — окисленного липопротеина низкой плотности (oxLDL) в развитии воспалительных реакций и патогенезе атеросклероза широко обсуждалось в последние годы [16-19]. Однако вклад генетического полиморфизма рецептора окисленных липопротеинов низкой плотности лектинового типа 1 (LOX-1) и сигнальных путей, инициируемых взаимодействием LOX-1-oxLDL на клеточной поверхности, в развитии ССЗ подробно не освещался. Обсуждение имеющихся данных по этим вопросам явилось целью данного обзора.

Структура гена OLR1

Ген OLR1 (Oxidized low-density lipoprotein receptor 1), также известный как LOX-1, CLEC8A, SCARE1, охватывает >7 тыс. пар оснований, состоит из 6 экзонов и 5 интронов и находится в области p12.3-p13 хромосомы 12 человека [13]. Данный ген кодирует белок, который содержит домен лектина С-типа [14]. LOX-1 является основным рецептором молекул oxLDL на эндотелиальных клетках [20], макрофагах [21][22], гладкомышечных клетках [22], кардиомиоцитах [23], эпителиальных клетках дыхательных путей [24] и адипоцитах [25]. Недавнее исследование установило относительный уровень экспрессии LOX-1-специфической мРНК в клетках разных тканей (количество молекул на 10⁶ клеток): трофобласты — 399-463, резидентные клетки иммунной системы — 80-202, циркулирующие клетки иммунной системы — 15-21; микроглиальные клетки — 40, клетки эпителия легких — 27-29; фибробласты и эндотелиальные клетки — 11 [19].

LOX-1 состоит из четырех доменов: внеклеточного лектиноподобного домена (С-концевой участок молекулы), соединительного домена NECK, трансмембранного домена и N-концевого цитоплазматического домена. Доменные участки образуют мембранный гликопротеин типа II, состоящий из 273 аминокислот [13]. Он синтезируется как белок-предшественник массой 40 кДа с N-связанным углеводом с высоким содержанием маннозы, который далее гликозилируется и превращается в зрелую форму массой 50 кДа [13][26]. Каждый домен кодируется отдельным экзоном: экзон 1 кодирует 5`-нетранслируемую область (5`UTR) РНК и цитоплазматический домен, экзон 2 кодирует цитоплазматический и трансмембранный домен, экзон 3 кодирует домен NECK, а экзоны 4-6 кодируют лиганд-связывающий домен и 3`UTR РНК [13].

LOX-1 представляет собой мультилигандный рецептор-мусорщик (scavenger receptor, SR) класса E, экспрессия которого повышается в ответ на провоспалительные или проатеросклеротические факторы [27]. Рецепторы-мусорщики — рецепторы клеточной поверхности, которые связывают чужеродные или измененные собственные лиганды, способствуя их удалению посредством эндоцитоза, фагоцитоза, адгезии и инициируя сигнальные механизмы в клетке [28]. LOX-1 опосредует спектр атерогенных клеточных реакций, включая дисфункцию эндотелия, фагоцитоз апоптотически погибших клеток, воспаление сосудов, образование пенистых клеток, отложение коллагена и метаболизм холестерина в адипоцитах [27]. In vivo LOX-1 активируется при патологических состояниях, таких как гипертония, диабет, гиперлипидемия и ишемия/реперфузия [14][29].

Роль полиморфизма гена OLR1 при ССЗ

Ген OLR1 кодирует изоформные белки в зависимости от альтернативного сплайсинга и однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) [30].

Альтернативный сплайсинг OLR1 приводит к трем вариантам мРНК LOX-1: транскрипт 1 (OLR1 NM 002543), транскрипт 2 (OLR1D4 NM 001172632) и транскрипт 3 (LOXIN NM 001172633 ) [30]. Вариант 1 транскрипта содержит все 6 экзонов и приводит к синтезу полноразмерного белка LOX-1, с высокой аффинностью связывающего oxLDL. В OLR1D4 отсутствует экзон 4, поэтому предполагаемый кодируемый белок короче [31]. В варианте 3 транскрипта, отсутствие экзона 5 в результате сплайсинга образуется белок — LOXIN, в котором отсутствуют две трети лектиноподобного домена LOX-1 — области, важной для связывания лиганда oxLDL. Существуют сведения о защитной роли третьей изоформы LOXIN при ССЗ, связанных с повышенной экспрессией LOX-1 [30].

SNP в гене OLR1 ассоциированы с риском развития ишемической болезни сердца (ИБС), острого инфаркта миокарда (ОИМ) [32], атеросклероза сонных артерий [33], ишемического инсульта [34], атеросклеротического поражения бедренной и подколенной артерий [35], гипертонии [36].

К настоящему времени изучены ассоциации нескольких полиморфизмов в гене OLR1 и развития ССЗ. Трансверсия c.501 G >C (rs11053646) в экзоне 4 приводит к аминокислотной замене лизина на аспарагин в положении 167 (p.K167N). Обнаружено, что наличие аллеля C OLR1 rs11053646 изменяет связывание и утилизацию ox-LDL, что повышает риск ОИМ, ишемического инсульта, гипертонии [37]. У пациентов — носителей аллеля Т (генотипы СТ и ТТ) гена OLR1 c SNP rs1050286, расположенным в 3`UTR нетранслируемой области — выявлен повышенный риск ОИМ [12]. Показана ассоциация еще двух полиморфизмов OLR1 — rs1050283 (3`UTR 188 C >T) и rs3736235 (IVS4-14 A >G) — с риском развития ИБС [32]. Аллель G SNP rs1050286 значительно влияет на аффинность связывания микроРНК miR-24 с 3`UTR OLR1, определяя более эффективную посттранскрипционную репрессию гена, что может снизить риск развития ОИМ и ИБС [31].

Факторы сплайсинга SRSF1 (serine/arginine-rich splicing factor 1, обогащенный серином и аргинином фактор сплайсинга-1) и SRSF2 (в комплексе с белком HMGA1) (serine/arginine-rich splicing factor 2, обогащенный серином и аргинином фактор сплайсинга-2) участвуют в альтернативном сплайсинге OLR1 [38]. Повышенный уровень SRSF1 может представлять собой дополнительный фактор риска ССЗ. Аллель T rs3736234 связан с включением экзона 5 и высоким риском ИБС, в то время как аллель C rs3736234 связан с отсутствием экспрессии экзона 5 и низким риском ИБС за счет различного связывания с участками SRSF1 и SRSF2/HMGA1. Интересно, что между факторами SRSF1 и SRSF2/HMGA1 существует антагонизм [38].

Таким образом, генетический полиморфизм OLR1 выступает как фактор регуляции экспрессии рецептора, патогенетически значимого для развития атеросклероза и ССЗ.

Роль рецептора окисленных липопротеинов низкой плотности LOX-1 в развитии атеросклероза

Патогенез развития ССЗ связан с атеросклерозом. LOX-1 играет ключевую роль в образовании и дестабилизации АСБ [27].

Эндотелиальные клетки играют важную роль в регуляции сосудистого тонуса. LOX-1 является основным рецептором для захвата oxLDL эндотелиальными клетками [39]. OxLDL через эндотелиальный рецептор LOX-1, малую ГТФазу RhoA (представитель семейства генов гомологов Ras A) и ROCK (Rho-ассоциированную спиральную протеинкиназу) активирует аргиназу II, подавляет продукцию NO и способствует сосудистой вазоконстрикции [14]. Аргиназа II — это фермент, ответственный за гидролиз аргинина в орнитин и мочевину, регулирует активность эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS), конкурируя за общий субстрат L-аргинин [40]. Также LOX-1 опосредует поглощение oxLDL эндотелиальными клетками, индуцируя активацию протеинкиназы C (PKC) β2 и N-концевых киназ c-Jun (JNK) [41].

Связывание oxLDL с LOX-1 активирует NADPH-оксидазу на клеточной мембране, что приводит к быстрому увеличению образования внутриклеточных активных форм кислорода (АФК). Увеличение АФК активирует окислительно-восстановительный сигнальный путь NF-κB [37], генерируя три ответа: (1) увеличивает связывание с промотором LOX-1, следовательно, увеличивает экспрессию LOX-1 и усиливает опосредованное LOX-1 поглощение oxLDL; (2) усиливает экспрессию рецептора Ang-II типа 1; (3) повышает экспрессию нижестоящих провоспалительных цитокинов и хемокинов, таких как P-селектин, E-селектин, VCAM-1, ICAM-1 и моноцитарный хемоаттрактант белка-1 (MCP-1), что приводит к увеличению адгезии моноцитов в эндотелиальные клетки [27].

Опосредованная LOX-1 генерация АФК может индуцировать повреждение митохондриальной ДНК и усиливать экспрессию инфламмасомы NLRP3. Активация инфламмасомы NLRP3 в ответ на различные раздражители приводит к продукции воспалительных цитокинов, таких как интерлейкины, которые участвуют в поддержании хронического воспалительного состояния при атеросклерозе [29].

Индуцируемая OxLDL активация рецепторов Ang II типа 1 (АТ1) и ангиотензинпревращающего фермента, которая активирует ренин-ангиотензиновую систему, являясь мощным триггером развития артериальной гипертонии и атеросклероза. С другой стороны, Ang II через активацию рецептора AT1 транскрипционным образом повышает экспрессию LOX-1 и усиливает поглощение ox-LDL эндотелиальными клетками. Это привело к концепции положительной перекрестной связи между дислипидемией и ренин-ангиотензиновой системой [42].

LOX-1 опосредует индуцируемый oxLDL апоптоз эндотелиальных клеток. Связывание oxLDL с LOX-1 снижает экспрессию антиапоптотических белков, таких как Bcl-2 и c-IAP-1, и активирует апоптотические сигнальные пути с участием каспазы-9 и каспазы-3, что приводит к апоптозу эндотелиальных клеток [43].

Молекулы липопротеинов низкой плотности переносятся через эндотелиальные клетки в субэндотелиальное пространство путем экзоцитоза с помощью кавеол. Кавеолы представляют собой инвагинации мембраны размером 50-100 нм, моделируемые ее основным структурным белком, кавеолином-1 [44][45]. Помимо кавеолина-1, кавеолы содержат различные рецепторы-мусорщики, например LOX-1, которые обеспечивают эндоцитоз липопротеинов низкой плотности [1].

Сохраняющаяся эндотелиальная дисфункция приводит к повышенной проницаемости, позволяющей прикрепленным моноцитам проникать в субэндотелиальное пространство [27]. OxLDL захватываются происходящими из моноцитов макрофагами и SMC через различные SR, такие как SR-AI/II, CD36, SR-BI, макросиалин/CD68 и LOX-1, что приводит к образованию пенистых клеток, которые формируют некротическое ядро АСБ [27]. Повышенные уровни PCSK9 сильно стимулируют экспрессию SR (главным образом LOX-1) и поглощение ox-LDL в макрофагах и, таким образом, способствуют процессу атерогенеза [46].

В настоящее время стало известно, что макрофаги, несущие функциональный рецептор OLR1 rs11053646 KK, демонстрируют более высокие уровни РНК OLR1, но более низкие уровни экспрессии РНК транскрипционного фактора иммунного ответа NF-κB, это наводит на мысль, что в непатологических условиях вариант менее функционального рецептора OLR1 rs11053646 NN может быть связан с усилением воспаления и дальнейшего развития атеросклероза [33].

Интенсивное воспаление и накопление oxLDL стимулирует пролиферацию гладкомышечных клеток посредством инсулиноподобного фактора роста (IGF-1), PDGF и эпидермального фактора роста (EGF) [14]. Дальнейшая миграция гладкомышечных клеток в субэндотелиальное пространство создает среду для их превращения в пенистые клетки через сигнальные пути NF-κB и JNK и дальнейшем формирование неоинтимы после повреждения сосудов [47].

Присутствие LOX-1 на активированных тромбоцитах предполагает, что LOX-1 может играть решающую роль в образовании тромбов, активируя АДФ-индуцированную агрегацию тромбоцитов, опосредуя взаимодействие тромбоцитов с эндотелием [48]. Связывание активированных тромбоцитов с LOX-1 приводит к усиленному высвобождению эндотелина-1 за счет взаимодействия LOX-1 и CD40 [14] и инактивированию NO за счет увеличения внутриклеточной продукции супероксида из эндотелиальных клеток, тем самым непосредственно вызывая эндотелиальную дисфункцию [49].

Высокие концентрации oxLDL за счет увеличения экспрессии MMP-1 (коллагеназы) и MMP-3 (стромелизина-1) вызывают апоптоз гладкомышечных клеток, что приводит к нестабильности и разрыву АСБ, последующей тромбоэмболизации и развитию ССЗ [50].

Заключение

LOX-1 играет ключевую роль в атерогенезе и воспалении. Он влияет на несколько типов клеток: эндотелиальные клетки, гладкомышечные клетки, фибробласты, макрофаги и тромбоциты, способствуя эндотелиальной дисфункции, апоптозу, миграции моноцитов и макрофагов, и нестабильности бляшек — основных событий атерогенеза. SNP в гене OLR1 могут использоваться в качестве генетических биомаркеров в развитии ССЗ и служить потенциальными мишенями для диагностического и терапевтического использования. Однако необходимы дополнительные валидирующие исследования для клинической трансляции имеющихся знаний о вкладе циркулирующих продуктов OLR1 и их лигандов, а также генетических биомаркеров OLR1, в клиническую практику с целью персонификации лечения ССЗ.

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