16+
DOI: 10.18413/2313-8955-2015-1-3-164-171

Роль метаболической эндотоксемии в развитии сердечно-сосудистых и обменных заболеваний

Aннотация

    Внастоящее время микробиом кишечника рассматривается как один из потенциальных источников формирования метаболической эндотоксемии (двух-трехкрат-ного повышения уровня циркулирующих эндотоксинов в крови). В данном обзоре мы рассмотрим потенциальные причины, молекулярные механизмы и роль метаболической эндотоксемии в формировании сердечно-сосудистых и метаболических заболе-ваний для определения диагностических, профилактических и терапевтических стратегий при выявлении факторов риска развития данного патологического состояния.


    Согласно современным представлениям, в основе социально значимых хронических забо-леваний, ассоциированных с эндотелиальной дисфункцией, таких как атеросклероз, сахар-ный диабет, ожирение, хроническая обструк-тивная болезнь легких, болезнь Альцгеймера, лежит хроническое воспаление низкой града-ции [17, 24].

    Хроническое системное воспаление – это типовой, мультисиндромный, патологиче-ский процесс, развивающийся при систем-ном повреждении и характеризующийся тотальной воспалительной реактивностью эндотелиоцитов, плазменных и клеточных факторов крови, соединительной ткани, а на заключительных этапах – и микроциркуля-торными расстройствами в жизненно важ-ных органах и тканях [2]. Одним из индукто-ров такого воспаления может являться мета-болическая эндотоксемия [4].

    Термин «метаболическая эндотоксемия» был введен недавно для отражения комплек-са изменений, происходящих в организме при субклиническом (двух-трехкратном) по-вышении уровня циркулирующих эндоток-синов [17, 29].

    Эндотоксины представляют собой липо-полисахарид, который является структурным компонентом мембраны грамотрицательных бактерий и состоит из липида А, полисаха-ридного ядра и О-специфической цепи. Ли-пид А является внутренней частью и обеспе-чивает инициацию воспалительной реакции. О-цепь – это наружная часть липополисаха-рида, ответственная за формирование типо-специфического иммунитета [5, 16].и норме, около 5% эндотоксинов поступают  и системный кровоток и играют важную роль в поддержании нормальной функции иммунной системы, печени и симпато-адреналовой системы [7].

    Повышение уровня циркулирующих эн-дотоксинов может быть связано с различными причинами: нарушением диеты (повышени-ем потребления жиров и углеводов) [17, 29, 31, 32]; хроническими стрессами [32], курением [17], злоупотреблением алкоголем [17], заболе-ваниями печени (такими, как неалкогольная жировая болезнь печени, хронические вирус-ные гепатиты) [15], аутоиммунными заболева-ниями (такими, как ревматоидный артрит) [6], хроническими заболеваниями почек [21, 29],нарушением микроциркуляции в стенке ки-шечника при хронической сердечной недоста-точности [1]. Таким образом, метаболическая эндотоксемия как правило ассоциирована с классическими факторами риска сердечно-со-судистых заболеваний.

    Эндотоксины реализуют свои эффекты че-рез активацию рецепторов врожденного имму-нитета – Toll-подобные рецепторы [17, 24, 29, 36]. Связывание с данными рецепторами при-водит к активации нуклеарного фактора NF-κB, который в свою очередь стимулирует транс-крипцию генов, кодирующих синтез провоспа-лительных цитокинов (ФНО-α, ИЛ-6, ИЛ-1β). и вызывая дисфункцию клеток иммунной системы, адипоцитов и эндотелиоцитов. [37].

    Последние клинические исследования представили доказательства для потенциаль-ной роли Toll-подобных рецепторов, при ате-росклерозе и ишемической болезни сердца. Mizoguchi et al. [12] сообщили, что экспрессия Toll-подобных рецепторов 2 и 4 типов в мо-ноцитах коррелирует со степенью и тяжестью заболеваний коронарных артерий у пациен-тов со стабильной стенокардией. Аналогично, у пациентов с нестабильной стенокардией и острым инфарктом миокарда также было по-казано, что увеличение числа циркулирующих TLR4-положительных моноцитов [22].

    Кроме того, доказана роль липополисаха-ридов в развитии оксидативного стресса (на-рушения баланса прооксидантной и анти-ок-сидантной систем) [7, 30, 39], что является од-ним из патогенетических звеньев в развитии эндотелиальной дисфункции за счет подавле-ния биосинтеза или биоактивности оксида азота. [3].

    Способность липополисахаридов Грам(-) микроорганизмов повышать уровни провос-палительных цитокинов (ФНО-α, ИЛ-6) пока-зано в клинических исследованиях (суммарно более 300 человек) на здоровых добровольцах

[11, 18].

    Последние данные показывают, что мета-болическая эндотоксемия, активируя синтез провоспалительных цитокинов, может приве-сти к развитию метаболических заболеваний, таких как инсулинорезистентность, сахарный диабет 2 типа, атеросклероз и сердечно-сосу-дистые заболевания [11, 15, 23, 25, 31].

    Данные многочисленных исследований подтверждают, что в развитии сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний играют важную роль схожие патогенетиче-ские звенья: эндотелиальная дисфункция и системное воспаление низкой градации, которое может быть связано с метаболиче-ской эндотоксемией. Тесная патогенетиче-ская связь данных нозологий обусловила появление термина «кардиометаболический континуум» [10, 38]. А роль метаболической эндотоксемии в развитии данного состояния позволяет назвать её новой кардиометаболи-ческой мишенью для поиска путей фармако-логической коррекции и ранней профилак-тики атеросклероза, ожирения и сахарного диабета второго типа [38]

    Дисфункция эндотелия является ранним маркером сердечно-сосудистых заболеваний и проявляется снижением образования и биодоступности оксида азота при одновре-менном повышении уровня супероксид-ани-она и продукции мощных вазоконстрикто-ров, что приводит к дисбалансу медиаторов, обеспечивающих в норме эндотелий-зависи-мые процессы [9].

    Роль липополисахарида в развитии эн-дотелиальной дисфункции отражена в кли-нических и доклинических исследованиях. Так, в исследовании Wiedermann at al. описа-ны основные механизмы формирования эн-дотелиальной дисфункции при воздействии липополисахарида: нарушение баланса про-коагулянтной-антикоагулянтной систем, на-рушение обмена гомоцистеина, индукция аутоиммунных реакций и повышение уровня эндотелиальных адгезивных молекул. [13]. В экспериментальных исследованиях дока-зательством формирования эндотелиальной дисфункции является изменение эндоте-лий-зависимых [19, 30, 34] и эндотелий-не-зависимых реакций [19, 30].

    Изменение степени вазорелаксации при проведении манжеточной пробы у пациентов с хроническим гепатитом С служило ранним маркером эндотелиальной дисфункции и было связано с уровнем циркулирующего эндотоксина. [33]. В патогенезе атеросклероза, ассоциирован-ного с метаболической эндотоксемией, важную роль помимо дисфункции эндотелия, хрониче-ского воспаления низкой градации и оксида-тивного стресса, важную роль играет влияние липополисахаридов на обмен холестерина и триглицеридов. Так, в доклинических иссле-дованиях была показана способность эндо-токсинов повышать уровень холестерина, его фракций и триглицеридов [11, 35], в том числе на нокаутных мышах ApoE-null [35]; ингибиро-вать обратный транспорт холестерина [11, 35] и влиять на обмен фосфатидилхолина [25, 35].

    В исследовании Lehr et al. отражены и дру-гие возможные механизмы развития атеро-склероза при длительном воздействии малых доз липополисахарида: непосредственное по-вреждение эндотелиальных клеток, адгезия лейкоцитов, ускорение трансформации макро-фагов в пенистые клетки [26].

    В крупном когортном исследовании (n=2959) у пациентов с ишемической болез-нью сердца, определение повышенных уров-ней в сыворотке липополисахарид-связыва-ющих белков, было связано с повышением уровней общей и сердечно-сосудистой смерт-ности [27]. Выраженность эндотоксемии так-же коррелирует с частотой и тяжестью разви-тия хронической сердечной недостаточности и смертностью у лиц с заболеваниями почек [20].

    Необходимость профилактики и лече-ния метаболической эндотоксемии позволи-ло начать поиск фармакологических агентов проведение экспериментальных исследова-ний для коррекции данного патологическо-го состояния. Так, свою эффективность по уменьшению выраженности эндотоксемии и хронического воспаления низкой градации показали: пробиотики [31], статины [1, 14] и ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента [34].

    Актуальным остается изучение терапевти-ческой эффективности антивоспалительных цитокинов [1] и моноклональных антител к провоспалительным цитокинам – ключевым субстратам, синтез которых повышается при активации эндотоксинами Toll-подобных ре-цепторов.

    Таким образом, необходимо дальнейшее проведение экспериментальных и клиниче-ских исследований для того, чтобы использо-вать сведения о качественном и количествен-ном составе микрофлоры кишечника и уровне циркулирующих эндотоксинов в качестве но-вых, как диагностических, так и терапевтиче-ских мишеней.

Список литературы

1.      Арутюнов Г.П., Былова Н.А., Румянцев С.А. Внекардиальные проявления при хронической сердечной недостаточности. – М.,2013 – 172с.

2.      Вёрткин А. Л., Скотников А. С., Губжокова О. М. Коморбидность при хронической обструктивной болезни легких: роль     хронического системного воспаления и клиникофармакологические ниши ро    флумиласта // Лечащий врач. 2013. № 9.С. 85–88.

3.      Влияние антиоксидантов на эндотелиальную дисфункцию при моделировании L-NAME-индуцированного дефицита оксида азота / Якушев В.И. [и др.] // Кубанский научный вестник. 2010 №9 (123).С. 186-190  

4.      Егорова Е. Н., Калинкин М. Н., Мазур Е. С. Системное воспаление в патогенезе хронической сердечной недостаточности //Верхневолжский медицинский  012. Т.10 (1). С. 16-18.

5.      Казюлин А.Н., Шестаков В.А., Бабина С.М. Роль эндотоксемии в патогенезе неалко         гольного стеатогепатита. // Гастроэнтерология. 2014. №1. С. 18-21

6.      Клеточные  и      гуморальные  механизмы антиэндотоксинового иммунитета у больных ревматоидным артритом / Белоглазова К.В. [и др.] // Таврический медико-биологический вестник 2009. Том 12, N3. С. 10-14

7.      Петухов В.А. Дисбиоз, эндотоксиновая агрессия, нарушение функций печени и дисфункция эндотелия в хирургии. Современный взгляд на проблему // Лечащий врач. 2006. Т.4, №4. С. 10-15

8.      Принципы фармакологической коррекции эндотелиальной дисфункции / Покровская Т.Г. [и др.] // Кубанский научный медицинский вестник. 2007. № 1-2. С. 146-149. 

9.      Реалии и перспективы фармакологической коррекции «ADMA-еNOS»-ассоциированных путей при преэклампсии /Покровский М.В. [и др.] // Рациональная          фармакотерапия в  кардиологии. 2010. № 6. С. 882-887.

10.    Способ моделирования эндотелиальной дисфункции путем воспроизведения метаболических нарушений / Маяков А.И. [и др.] // Научные ведомости БелГУ. Сер. Медицина. Фармация. 2011. №10(105), вып.14. С. 196-201.

11.    A human model of inflammatory cardio   metabolic  dysfunction;  a  double  blind placebo-controlled crossover trial / Mehta N.N. [et al.] // J Transl Med. 2012; 10. P. 124.

12.    Association between Toll-like receptors and the extent and severity of coronary artery          disease in patients with stable angina. /    Mizoguchi E. [et al.] // Coron Artery Dis. 2007. 18(1). P. 31-8.

13.    Association  of  endotoxemia  with  carotid atherosclerosis and cardiovascular disease: prospective results from the Bruneck Study. / Wiedermann C.J. [et al.]. // J Am Coll Cardiol. 1999. 34(7). P.1975-81.

14.    Atorvastatin suppresses LPS-induced rapid upregulation of Toll-like receptor 4 and its signaling pathway in endothelial cells. /Wang Y. [et al.] // Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2011. 300(5). P. 1743-52.

15.    Bacterial endotoxin and non-alcoholic fatty liver disease in the general population: a prospective cohort study / Wong V.W. [etal.] // Aliment Pharmacol Ther. 2015. 42(6). P.731-40. Brade H. Endotoxin in Health and Disease. NY: CRC Press, 1999. 968.

16.    Causes  and  consequences  of  low  gradeendotoxemia and inflammatory diseases /Glaros T.G. [et al.]// Frontiers in Bioscience.2013. V.5. P. 754-65.

17.Characterization of inflammation and immune cell modulation induced by low-dose LPS administration to healthy volun-teers / Dillingh M.R. [et al.] // J. of Infl. 2014. 11:28 URL: http://www.journal-in-flammation.com/content/11/1/28 (дата обращения 07.12.2015).

18.Chronic endotoxemia and endothelium-depen-dent vasodilation in coronary arteries. / Myers P.R. [et al.]// Shock. 1996. 6(4). P.267-73.

19.Circulating endotoxemia: a novel factor in systemic inflammation and cardiovascular disease in chronic kidney disease. / McIn-tyre C.W., [et al.]// Clin J Am Soc Nephrol. 2011. 6(1) P.133-41.

20.Endotoxins and inflammation in hemodial-ysis patients. / El-Koraie A.F., [et al.] // He-modial Int. 2013. 17(3). P.359-65.

21.Expansion of circulating Toll-like receptor 4-positive monocytes in patients with acute coronary syndrome. / Methe H. [et al.] // Circulation. 2005. 111(20). P. 2654-61

27.    Marshall J.C. Lipopolysaccharide: an endo-toxin or an exogenous hormone? // Clin In-fect Dis. 2005. 41 Suppl 7. P. 470-80.

28.    Metabolic endotoxemia: a molecular link between obesity and cardiovascular risk / Neves A.L. [et al.] // J Mol Endocrinol. 2013. 51(2). P. 51-64.

29.    Milosh T.S., Maksimovich N.Y. The endo-thelium of the vessels and proxidative-an-tioxidative balans in pregnancy rats with endothoxinaemia // Patol Fiziol Eksp Ter. 2015. 59(1). P.55-9.

30.    Probiotics as Complementary Treatment for Metabolic Disorders / Le Barz M. [et al.]// Diabetes Metab J. 2015. 39(4). P. 291-303.

31.    Punder K., Pruimboom L. Stress Induces Endotoxemia and Low-Grade Inflammation by Increasing Barrier Permeability // Front Immunol. 2015; 6. P. 223.

32.    Relationship between microbial transloca-tion and endothelial function in HIV infect-ed patients. / Blodget E. [et al.] // PLoS One. 2012. 7(8) P. 4262-4.

33.    Role of angiotensin II in endothelial dys-function induced by lipopolysaccharide in mice. / Lund D.D. [et al.] // Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2007. 293(6). P. 3726-31

34.    Role of gut microbiota in the modulation of atherosclerosis-associated immune re-sponse / Chistiakov D.A. [et al.]// Front Mi-crobiol. 2015. 6 P.671.

35.    Serum Levels of Lipopolysaccharide and 1,3-β-D-Glucan Refer to the Severity in Patients with Crohn’s Disease / Guo Y. [et al.] // Mediators Inflamm. 2015 URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ar-ticles/PMC4464677/ (дата обращения 06.12.2015)

36.    Significance of systemic endotoxaemia in in-flammatory bowel disease / Gardiner K.R. [et al.] // Gut. 1995. 36(6). P. 897–901.

37.    The gut microbiome as novel cardio-meta-bolic target: the time has come! / Vinjé S. [et al.] // Eur Heart J. 2014. 35(14). P. 883-7.

38.    Verma I. Nuclear factor (NF)-κB proteins: therapeutic targets // Ann Rheum Dis. 2004. 63(Suppl 2). P. 57–61.