kardiolog.pl Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone. str. 2/5

Transkrypt

1 Rola czynników immunologicznych w indukcji apoptozy kardiomiocytów u pacjentów w czasie operacji na otwartym sercu i ich wpływ na powstanie uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego W czasie operacji na otwartym sercu następuje całkowite niedokrwienie i niedotlenienie mięśnia sercowego. W tym okresie zachodzi w sercu szereg procesów immunologicznych związanych z naturalną reakcją obronną organizmu wywołaną przez zaistniały,,stan zapalny". Powstają wówczas również czynniki, które uszkadzają kardiomiocyty, a także powodują ich nieodwracalną degenerację. W czasie operacji na otwartym sercu następuje całkowite niedokrwienie i niedotlenienie mięśnia sercowego. W tym okresie zachodzi w sercu szereg procesów immunologicznych związanych z naturalną reakcją obronną organizmu wywołaną przez zaistniały,,stan zapalny". Powstają wówczas również czynniki, które uszkadzają kardiomiocyty, a także powodują ich nieodwracalną degenerację. Wiele dostępnych prac i badań naukowych donosi o konkretnych czynnikach immunologicznych pobudzających apoptozę i biorących udział w powstawaniu uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego. Jedną z głównych ról przypisuje się czynnikowi martwicy nowotworów (Tumor Necrosis Factor - TNF?) [1]. Zwrócono bowiem uwagę, że wzrost poziomu TNF? i/lub ekspresji receptorów dla TNF? (receptorów TNF RI/CD 120a/p55, TNF RII/CD 120b, CD95/APO-1/Fas, DR3/APO-3, a także receptorów DR4 i DR5) odgrywa znaczącą rolę w patofizjologii choroby niedokrwiennej serca, w zawale mięśnia sercowego i w uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym. TNF - autokrynny czynnik wydzielany przez sercowe makrofagi i miocyty jest rewelatorem zmian chorobowych w sercu. Zmniejsza on kurczliwość mięśnia sercowego, a także zwiększa apoptozę komórek śródbłonka i kardiomiocytów [2,3]. Zwrócono także uwagę na rolę kaspaz w indukcji zjawiska apoptozy kardiomiocytów, w tym szczególnie kaspazy 1 (ICE - interleukin 1? converting enzyme) [4], kaspazy 8 (FLICE/MACH) i kaspazy 3 (CPP 32/YAMA) [5]. Ostatnie badania podkreślają szczególną rolę kaspazy 8 i 9 w pobudzaniu procesu apoptozy. Wykazano, że proces zaprogramowanej śmierci komórki indukowany jest bądź uszkodzeniem mitochondriów i aktywacją kaspazy 9 bądź poprzez unieczynnienie receptorów i aktywację kaspazy 8. Badania przeprowadzono na izolowanym sercu szczura poddanemu niedokrwieniu lub niedokrwieniu i następczej reperfuzji. Powstawanie kaspazy 9 obserwowano głównie w komórkach endotelium, natomiast synteza kaspazy 8 miała miejsce tylko w kardiomiocytach, a nasilenie tego procesu następowało głównie w okresie reperfuzji serca [6]. Prace naukowe ostatnich lat wskazują także na bezsporny związek apoptozy z ph. Okazało się bowiem, że samo niedokrwienie nie wywołuje śmierci kardiomiocytów, a apoptoza jest najsilniej Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone. str. 1/5

2 indukowana w warunkach acydozy komórkowej [7]. Wielu badaczy donosi również o bezpośrednich czynnikach wywołujących zaprogramowaną śmierć komórki, wśród których wymienia się białko p53 [7], a także c-jun kinazę, aktywowaną w czasie niedokrwienia i reperfuzji, która powoduje fosforylację terminalnej domeny czynnika transkrypcyjnego c-jun [8]. Jak wielką rolę odgrywa zaprogramowana śmierć kardiomiocytów możemy się również dowiedzieć z badań dotyczących transplantacji serca. Okazało się, bowiem, że powikłania pooperacyjne w dużej mierze wywołane są przez niedokrwienno-reperfuzyjne pobudzenie receptorów Fas przez ich specyficzne ligandy (ekspresja ligandów Fas na limfocytach T cytotoksycznych) [9], co bardzo silnie indukuje apoptozę miocytów mięśnia sercowego [10]. Jak wielką rolę w nasilaniu apoptozy ogrywaj białko Fas i inne mediatory apoptotyczne (IL-6, ekspresja genów bax i bcl-2) przedstawiono także w pracy z zastosowaniem dl-praeruptoryny (Pd-Ia), która jak wykazano, hamuje apoptozę kardiomiocytów serca szczura poddanego niedokrwieniu (30 min.) i reperfuzji (120 min) [11] (Rycina 1). Rycina 1. Uproszczony schemat dwóch głównych szlaków prowadzących do zaprogramowanej śmierci komórki. Zewnątrzkomórkowy sygnał z receptorów śmierci TNFR (tumor necrosis factor receptor), Fas oraz TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) prowadzi do aktywacji kaspazy 8 i/lub kaspazy 10, co z kolei powoduje aktywację kaspazy 3 i innych końcowych efektorów apoptozy. Kaspaza 8 oraz 10 są hamowane przez CrmA (cytokine response modifier A). Komórkowe czynniki stresowe prowadzą do przemian w mitochondriach, w wyniku czego następuje aktywacja kaspazy 3, w czym uczestniczy także czynniki Apaf-1 (apoptotic protease activity factor-1), cytochrom c oraz kaspaza 9. Bcl-2 hamuje szlak zależny od mitochondrium. Ostatnio podkreśla się rolę czynników ekspresji genów bcl-2 i bax i ich wpływ na indukcję apoptozy komórek sercowych. W jednym z takich badań obserwowano efekt działania ginzenozydu Re na apoptozę kardiomiocytów i ekspresję genów bcl-2/bax w wyniku niedokrwienia (30 min.) i reperfuzji (6 godz.) serca szczura. Celem badania było wykazanie wpływu ginzenozydu Re na hamowanie apoptozy kardiomiocytów. Apoptozę kardiomiocytów oceniano w mikroskopie świetlnym i transmisyjnym mikroskopie elektronowym, z zastosowaniem metody TUNEL. Ekspresję białek genów bcl-2 i bax analizowano poprzez hybrydyzację in situ i barwienie immunocytochemiczne. W badaniu stwierdzono, że liczba komórek apoptotycznych była znamiennie większa w grupie Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone. str. 2/5

3 poddanej niedokrwieniu/reperfuzji w porównaniu z grupą, w której stosowano ginzenozyd Re (p < 0,01), a ekspresja genów bcl-2 i bax wzrastała znamiennie w grupie poddanej niedokrwieniu/reperfuzji i w grupie z zastosowaniem ginzenozydu Re w porównaniu z grupą kontrolną. Nie stwierdzono różnic statystycznych w ekspresji genu bcl-2 pomiędzy grupą z ginzenozydem Re i grupą poddaną niedokrwieniu i reperfuzji, aczkolwiek w grupie z zastosowaniem ginzenozydu Re stwierdzono istotnie mniejszą ekspresję genu bax. W badaniu tym potwierdzono więc, że niedokrwienie/reperfuzja serca może indukować apoptozę komórek serca. Ginzenozyd Re natomiast wpływa na istotną redukcję apoptozy kardiomiocytów poddanych niedokrwieniu i reperfuzji, prawdopodobnie poprzez hamowanie ekspresji proapoptotycznego genu bax i wzrost wskaźnika bcl-2/bax [12]. W badaniu Ditellieux'a i wsp. zwrócono uwagę także na inne czynniki, które prawdopodobnie działają protekcyjnie na serce poddane uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnemu. Czynnik wzrostu fibroblastów-2 (Fibroblast Growth Factor 2 - FGF-2) jest ważnym regulatorem wielu procesów komórkowych, wliczając w to proliferację, różnicowanie, przeżywalność, adhezję, migrację, ruchliwość i apoptozę komórkową. Bierze także udział w procesie gojeniu ran, powstawaniu nowotworów, angiogenezie, waskulogenezie i przebudowanie naczyń krwionośnych. Wykazano, że w mięśniu sercowym FGF-2 jest indukowany przez kardiomiocyty, fibroblasty i komórki mięśni gładkich. W badaniu badano rolę FGF-2 w uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym i w przeroście mięśnia sercowego. Wykazano, że FGF-2 działa protekcyjnie na komórki serca poddane niedokrwieniu i reperfuzji, natomiast nasila patogenny proces hipertrofii mięśnia sercowego [13]. Uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne serca indukuje wiele procesów prowadzących do degradacji miocytów, czy to poprzez pobudzenie swoistych receptorów dla TNF, czy poprzez indukcję powstawanie rodników uszkadzających komórki mięśnia sercowego, czy też wreszcie poprzez indukcję apoptozy przez długołańcuchowe nasycone kwasy tłuszczowe [14]. Mechanizm uszkodzenia pooperacyjnego serca może być także związany ze zwiększoną ekspresją inos (indukowanej syntazy NO) w makrofagach i miocytach, a w następstwie tego indukcji szlaku uszkodzenia apoptotycznego [15]. Jakie rzeczywiście bezpośrednie mechanizmy biorą udział w uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym sercu do końca nie wiemy, nie ma bowiem prac wskazujących jednoznacznie na jeden i tylko jeden mechanizm tej choroby [16,17]. Uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne jest bardzo groźnym powikłaniem zabiegów kardiochirurgicznych. Poznanie, więc bezpośrednich czynników uszkadzających kardiomiocyty, odpowiedzialnych za wystąpienie tego powikłania stanowiłoby możliwość podjęcia odpowiedniego, skutecznego leczenia klinicznego. Wykazując przykładowo patogenny wpływ czynnika TNF? w indukowaniu zaprogramowanej śmierci kardiomiocytów, a także destrukcyjnej roli samej apoptozy u pacjentów poddanych operacji na otwartym sercu moglibyśmy przyczynić się do podjęcia skutecznej terapii tego groźnego powikłania kardiologicznego. Włączając bowiem odpowiednie leki anty-tnf (lub blokujące receptory dla Tumor Necrosis Factor) lub środki hamujące apoptozę kardiomiocytów (np. czynnik Z-Val-Ala-Asp(OMe)-CH2F/ZVAD-fmk hamujący kaspazę 1) moglibyśmy skutecznie przeciwdziałać powstawaniu uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego mięśnia sercowego. Badania ostatnich lat wskazują także na prawdopodobny protekcyjny wpływ leków antyleukotrienowych na serce pacjentów po operacji pomostowania aortalno-wieńcowego. W tej grupie leków wyróżniamy inhibitory 5-lipooksygenazy, inhibitory białka FLAP (five-lipooxygenase activating protein) i blokery receptora Cys-LT1 (Cysteinyl-LT receptor type 1). Inhibitory Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone. str. 3/5

4 5-lipooksygenazy hamując działanie tego enzymu blokują wytwarzanie leukotrienu A4 (LTA4) z kwasu 5-hydroperoksyeikozatetraenowego (5-HPETE). Ponieważ LTA4 jest substratem dla następnych enzymów szlaku przemian kwasu arachidonowego, pozostałe leukotrieny nie są produkowane. Inhibitory białka FLAP uniemożliwiają powstanie aktywnego kompleksu 5-lipooksygenazy i FLAP, hamując w ten sposób syntezę leukotrienów. Trzecią grupą leków są antagoniści receptora Cys-LT1. Do tej grupy należą dwa leki dostępne w Polsce montelukast i zafirlukast. Związki te wiążą się z receptorem Cys-LT1 blokując działanie leukotrienów cysteinylowych [18]. Miejmy nadzieję, że badania najbliższych lat wykażą rzeczywistą przyczynę zaprogramowanej śmierci kardiomiocytów. Byłby to ogromny sukces kardiochirurgii, który z pewnością przyczyniłby się do istotnego zmniejszenia ilości powikłań po operacjach na otwartym sercu. Piśmiennictwo: 1. Ferreri R. The role of TNF in cardiovascular disease. Pharmacol Res 1999 Aug 40: Meldrum DR. Tumor necrosis factor in the heart. AM J Physiol 1998 Mar 274:3 Pt 2 R Tekemura G, Ohno M, Fujiwara H. Ischemic heart disease and apoptosis. Rinsho Byori 1997 Jul 45: Sabbah Hn, Sharov VG. Apoptosis in heart failure. Prog Cardiovasc Dis 1998 May-Jun 40: Yaoita H, Ogawa K, Maehara K, Maruyama Y. Attenuation of ischemia/reperfusion injury in rats by a caspase inhibitor. Circulation 1998 Jan 27 97: Scarabelli TM, Stephanou A, Pasini E i wsp. Different signaling pathways induce apoptosis in endothelial cells and cardiac myocytes during ischemia/reperfusion injury. Circ Res 2002 Apr 90: Webster KA, Discher DJ, Kaiser S, Hernandez O, Sato B, Bishopric NH. Hypoxia - activated apoaptosis of cardiac myocytes requires reoxygenetion or a ph shift and is independent of p53. J Clin Invest 1999 Aug 104: Laderoute KR, Webster KA. Hypoxia/reoxygenation stimulates Jun kinase activity though redox signaling in cardiac myocytes. Circ Res 1997 Mar 80: White WL, Zhang YL, Shelby J, Trautman MS, Perkins SL, Hammond EH, Shaddy RE. Myocardial apoptosis in a heterotopic murine heart transplantation model of chronic rejection and graft vasculopathy. J Heart Lung Transplant 1997 Feb 16: Shaddy RE. Apoptosis in heart transplantation. Coron Artery Dis 1997 Oct 8: Chang TH, Liu XY, Zhang XH, Wang HL. Effects of dl-praeruptorin A on interleukin-6 level and Fas, bax, bcl-2 protein expression in ischemia-reperfusion myocardium. Acta Pharmacol Sin 2002 Sep 23: Liu Z, Li Z, Liu X. Effect of ginsenoside Re on cardiomyocyte apoptosis and expression of Bcl-2/Bax gene after ischemia and reperfusion in rats. J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci 2002; 22: Detillieux KA, Sheikh F, Kardami E, Cattini PA. Biological activities of fibroblast growth factor-2 in the adult myocardium. Cardiovasc Res 2003 Jan 57: Sparagna GC, Hickson-Bick DL. Cardiac fatty acid metabolism and the introduction of apoptosis. Am J Med Sci 1999 Jul 318 : Szabolcs MJ, Ravalli S, Minanov O, Sciacca RR, Michler RE, Cannon PJ. Apoptosis and increased expression of inducible nitric oxide synthase in human allograft rejection Transplantation 1998 Mar 27 65: Galang N, Sasaki H, Maulik N. Apoptotic cell death during ischemia/reperfusion and its attenuation by antioxidant therapy. Toxicology 2000 Aug 7 148: : Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone. str. 4/5

5 17. Jordan JE, Zhao ZQ, Vinten-Johansen J. The role of neutrophils in myocardial ischemia-reperfusion injury. Cardiovasc Res 1999 Sep 43: Kuna P. Antileukotriens in allergic diseases - advantage without inconvenience. Terapia, Nr 12 (114), Grudzień Banach M. Rola czynników immunologicznych w indukcji apoptozy kardiomiocytów. Lek w Polsce 2003; 13, 12 (156): Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone. str. 5/5