The role of blood biomarkers in predicting the outcome of ischemic stroke

Full Text

Инсульт является одним из наиболее распространенных неврологических заболеваний и третьей причиной инвалидизации пациентов [1]. Благодаря современным знаниям патофизиологии ишемии головного мозга (ГМ) стала возможным разработка методов применения биомаркеров, идентифицирующих происходящие у пациентов патобио-химические процессы, которые могут быть использованы для прогнозирования исхода течения ишемического инсульта (ИИ). Наибольшие перспективы в этом направлении представляют изучение нейроспецифических белков, запущенных апоптотическим и нейротрофическим каскадами, а также изучение воспалительных реакций. Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), поддерживающий постоянство внутренней среды мозга, является важнейшим фактором, необходимым для нормального функционирования клеток центральной нервной системы. ГЭБ осуществляет свои функции преимущественно за счет контрольнопропускной способности эндотелиоцитов капилляров мозга, определяющей, что необходимо для мозга, а что нет [2]. Одним из основных механизмов нарушения проницаемости ГЭБ при гипоксически-ишемическом повреждении ГМ, в частности при остром нарушении мозгового кровообращения, является расхождение «плотных контактов» между эндотелиоцитами (нарушение парацеллюлярных транспортных механизмов), что сопровождается отеком и набуханием концевых отростков астроцитов [3, 4]. ГЭБ не только защищает мозг от проникновения в него токсинов и продуктов метаболизма, но и предотвращает проникновение в кровь белков-антигенов, специфичных для нервной ткани. Поэтому нарушение его целостности сопровождается наравне с транссудацией плазменных белков в ткань мозга выходом в кровь веществ-маркеров, специфичных только для мозга, с последующей выработкой к ним соответствующих антител [3]. Следовательно, выход нейроспе-цифических белков в кровь позволяет оценить степень выраженности повреждения тканей ГМ и, таким образом, объективизировать степень тяжести пациентов и прогнозировать исход течения заболевания [5-8]. Данные вещества-маркеры в крайне малом количестве присутствуют в норме в крови, однако повышаются при нарушении проницаемости ГЭБ [9]. За последние десятилетия накопилось большое количество научных данных о нейроспецифических белках, показывающих практическую значимость их прижизненного анализа в биологических жидкостях при разных заболеваниях и патологических процессах в центральной нервной системе [10-12]. Применение нейроспецифических белков для прогнозирования течения ИИ основывается на принципе оценки корреляционной связи уровня этих белков с объемом инфаркта и с выраженностью неврологического дефицита, которые являются одними из самых важных факторов, определяющих исход течения заболевания. К наиболее часто исследуемым маркерам повреждения нервной ткани относятся белок S-100P, нейронспецифическая енолаза (NSE) и глиофибриллярный кислый белок (GFAP). В отношении GFAP, который является специфичным маркером повреждения преимущественно глиальной ткани, доказано, что он может больше использоваться в качестве диагностического биомаркера геморрагического инсульта [13], чем в диагностике и прогнозировании течения ИИ. Так, установлена его способность оценивать степень тяжести повреждения и исход при субарахноидальном кровоизлиянии [14], также показана его роль в качестве маркера геморрагической трансформации очага при ИИ. Белок S-100P представляет собой глиальный протеин с низкой молекулярной массой [15]. Данная форма белка из семейства протеинов S-100 является высокоспецифичной для нервной ткани, но также может быть верифицирована в меланоцитах, адипоцитах и хондроцитах [16]. Белок S-100P обладает высокой стабильностью, и на его высвобождение в цереброспинальную жидкость не влияет гемолиз, что делает возможным его применение в клинической практике [17]. Установлено, что при остром инсульте достоверно повышается уровень сывороточного белка S-100P и он коррелирует с объемом поражения и степенью тяжести по шкале NIHSS [18]. В одном из исследований была показана прогностическая роль белка S-100P, где чувствительность оценки составила 0,87, а его специфичность равнялась 0,78. Дополнительно было установлено, что на концентрацию данного белка не влияют возраст и пол пациента, этиология и факторы риска развития инсульта, а также сторона поражения при инсульте [19]. Однако замедленная кинетика выделения S-100P в 1-е сутки заболевания (она достигает своего пика только на 3-4-е сутки) и низкая специфичность к инсульту ограничивают его использование в качестве диагностического и прогностического маркера ИИ [20]. Другим широко используемым в клинических и экспериментальных исследованиях маркером повреждения ГМ является NSE. Данный маркер активно изучался в качестве клинико-диагностического критерия оценки степени повреждения нейронов при ИИ и геморрагических инсультах [21], а также при черепно-мозговой травме. В проведенных экспериментальных исследованиях установлена достоверная связь между уровнем NSE в сыворотке крови и выраженностью повреждения ГМ [22]. Специфичность NSE при инсульте составляет около 80%, что обусловлено возможностью выделения данного белка экстракраниальными источниками (гемолиз, нейробластома, мелкоклеточный рак легкого), что может значительно снижать диагностическую ценность использования данного маркера [23]. При оценке динамики уровня NSE в сыворотке крови у пациентов в остром периоде инсульта максимальное увеличение ее концентрации отмечается лишь на 4-е сутки (чувствительность составляет более 90%), а в некоторых случаях - к концу 6-го дня развития инфаркта мозга. В первые сутки ИИ чувствительность маркера варьирует в пределах 31% [24]. В ряде научных работ показана положительная корреляция между уровнем NSE в сыворотке крови больных с ИИ со степенью выраженности неврологических нарушений [24-28]. Однако данные результаты подтверждаются далеко не всеми исследованиями [29, 30]. Другим активно исследуемым биомаркером для прогнозирования течения острой ишемии ГМ является глутамат -один из основных возбуждающих нейротрансмиттеров в ГМ, опосредующий дегенерацию нейронов при развитии ИИ [27, 28]. Повышенные уровни глутамата при снижении GOT и GPT (ферментов, снижающих уровень глутамата в периферической крови) способны индуцировать апоптоз нейронов [30-33]. Показано, что более высокие уровни глутамата и низкие уровни GOT, GPT связаны с менее благоприятным исходом течения ИИ. Однако следует отметить, что глутамат не является специфичным маркером церебральной ишемии [34], что ставит под сомнение возможность его использования в качестве прогностического маркера оценки исхода течения ИИ. Маркеры повреждения являются индикаторами преимущественно зоны необратимых изменений (ядро инфаркта) ткани ГМ. Однако нарушения функционирования нервной ткани распространяются и на соседние клетки, образуя переходную зону (ишемическую полутень) между «ишемическим ядром» и неповрежденной тканью. Повреждение тканей в полутени развивается медленнее, в течение нескольких часов, и это «терапевтическое окно» дает время для спасения клеток и ограничения объема инфаркта [35]. В этой зоне превалируют апоптотические процессы, что делает их мишенью для изучения прогностической роли маркеров апоптоза в течении инсульта. Программированная клеточная смерть (патологический апоптоз) индуцируется по трем основным механизмам, которые идут параллельно друг другу: • митохондриальному, запускающему внутренний путь апоптоза путем изменения транскрипции ряда генов апоптоген-ных белков и повышения проницаемости мембран митохондрий с последующим высвобождением цитохрома С и индуцированием каспазного каскада; • через рецепторы FAS и TNF, запускающие внешний путь апоптоза; • через прямое повреждение ДНК в процессах активации кальцийзависимых ферментов и течения оксидантного стресса. Триггером для запуска внешнего пути апоптоза является взаимодействие белков системы Fas-FasL. Экспериментально на животных было показано, что после церебральной ишемии ГМ при ингибировании системы Fas-FasL отмечается уменьшение степени поражения нервной ткани [36]. Было установлено, что на 1-12-е сутки после развития инсульта в крови и в цереброспинальной жидкости уровень указанных молекул был достоверно выше, чем в группе контроля. Однако проведение оценки корреляционной связи между концентрацией растворимых молекул системы Fas и степенью тяжести неврологического дефицита отмечено не было [37]. В работе С.П. Сергеевой и соавт. (2017 г.) была проанализирована и показана достоверная зависимость исхода течения острого периода ИИ от количественной концентрации молекул sFasL и sFas в периферической крови [38]. Концентрации sFasL и sFas были достоверно выше в группе контроля, однако различия в их концентрациях, определяемые в 1-е сутки заболевания между группой с благоприятным и неблагоприятным исходом, были незначимыми, что ставит под сомнение возможность их использования в качестве прогностических маркеров. Однако в данном исследования был получен другой важный вывод - о наличии связи между отношением sFasL/sFas в 1-е сутки инфаркта мозга и прогнозом заболевания, что говорит о возможности использования данного соотношения в качестве прогностического инструмента при оценке степени тяжести течения ИИ. Белком, способным участвовать во всех механизмах индукции апоптоза, является р53, синтез которого происходит в ответ на различные повреждающие воздействия (оксидантный стресс, эксайтотоксичность, повреждение ДНК). Белок Р53 - это фосфопротеин, состоящий из 393 аминокислот и кодирующийся геном TP53. Он является главным стабилизатором генома, обеспечивающим генетическую однородность клеток. Благодаря своей способности узнавать и связываться с поврежденными участками ДНК белок р53 выступает в роли транскрипционного фактора [39]. Гены, находящиеся под контролем p53, преимущественно регулируют процессы повреждения ДНК, апоптоз, ангиогенез и рост клеток. Исследованию белка Р53 посвящено более 40 тыс. научных трудов, при этом их число продолжает расти. Большинство исследований касаются онкологических заболеваний, но в связи с важной ролью белка р53 в регуляции клеточной гибели было высказано предположение о вовлеченности белка в процесс гибели клеток, происходящий и при развитии ИИ. Доказано, что уровень белка p53 повышается при развитии инфаркта мозга, что приводит к активации р53-зависимого апоптозного пути. Роль гена р53 продемонстрирована на экспериментальной модели фокальной ишемии мозга у животных, где низкое содержание белка р53 отмечалось у мышей с меньшим размером инфаркта. Также была отмечена роль белка р53 в оценке объема уже развившегося инфаркта мозга [40]. Показана корреляция гена белка р53 с тяжестью состояния больного в остром периоде ИИ [41]. Необходимо отметить, что при оценке данных уровня р53 необходимо учитывать возможность его повышения у пациентов с метаболическим синдромом [42], что требует коррекции результатов, однако оценка прогностической роли белка р53 в динамике - в раннем и позднем восстановительных периодах ИИ - не проводилась. Наряду с инициацией апоптотического механизма гибели клетки индуцируются антиапоптотические белки, направленные на сохранение жизнеспособности клетки. Поэтому данные механизмы также исследуются и обсуждаются с целью прогнозирования и улучшения исходов течения ИИ. Одним из главных антиапоптозных белков, участвующих в процессе апоптоза, является Bcl-2. Он относится к белкам семейства Bcl, которые располагаются на наружной митохондриальной мембране. Белок Bcl-2 является фактором выживания клетки и защищает ее от программированной гибели [43]. Установлено, что уменьшение концентрации Bcl-2 приводит к апоптотической гибели клеток, тогда как его сверхэкспрессия защищает клетки от смерти, что также сопровождается снижением уровня p53 и Bax, а также блокированием глутаматиндуцированного высвобождения цитохрома С. Однако, по данным последних исследований, помимо противоапоптозного действия белок Bcl-2 может стимулировать нейрогенез путем активации нейротрофических факторов. Именно данные факторы способствуют активации компенсаторных механизмов в борьбе с острой ишемией ГМ, что, таким образом, делает возможным использование белка Bcl-2 в качестве маркера, прогнозирующего исходы развившегося инфаркта мозга. Следующими широко изучаемыми биомаркерами оценки прогноза течения ИИ являются нейротрофические и ростовые факторы. Факторы роста являются важными регуляторами защиты и восстановления нервной ткани после развития ишемии. Совместная активация факторов роста регулирует ангиогенез, нейропротекцию, нейрогенез, а также миграцию нейрональных стволовых клеток в зону ишемии и их дифференцирование в функциональные нейроны. Одним из важных семейств факторов роста является семейство сосудистых эндотелиальных факторов роста (VEGFs). В ГМ VEGF синтезируется астроцитами, эндоте-лиоцитами и, в меньшей степени, нейронами. За пределами центральной нервной системы источниками VEGF являются различные клетки, включая макрофаги и тромбоциты. В ГМ VEGF является важным регулятором ангиогенеза, нейропротекции и нейрогенеза. Однако результатами исследования J. Lafuente и соавт. показано и его негативное влияние, что проявляется в виде способности увеличивать проницаемость ГЭБ и приводить к отеку ГМ, повышению внутричерепного давления и активации воспалительных процессов. Следует также отметить, что эти механизмы имеют временную зависимость и «вредное» воздействие VEGFs на целостность сосудов является преходящим, в то время как его повышение после острой фазы ишемии мозга имеет нейропротективный эффект. Большинство исследований, посвященных оценке протективной роли VEGF при ИИ, основано преимущественно на экспериментальных моделях на животных. Клинические исследования являются неоднозначными, что, вероятнее всего, определяется плейотропностью его действия. Показано, что у пациентов с инсультом повышается уровень VEGF-A в сыворотке крови [44], однако определение корреляционной связи уровня VEGF-A с тяжестью инсульта является затруднительным. В одном из исследований была показана возможность использования VEGF-A в качестве предиктора восстановления после инсульта [45]. Результатами другого исследования была установлена положительная корреляция уровня VEGF-A со степенью тяжести инсульта при кардиоэмболическом инфаркте, в то время как при атеротромботическом инфаркте наблюдалась отрицательная корреляция [44]. Таким образом, полученные неоднозначные результаты затрудняют использование VEGF в качестве прогностического маркера. Одним из хорошо известных и изученных нейротрофических факторов, синтезирующихся в центральной нервной системе, является мозговой нейротрофический фактор (BDNF). BDNF регулирует развитие нейронов, синаптическую пластичность [46-50], выполняет нейропротекторную функцию [48]. Он активно участвуют в управлении межклеточными и внутриклеточными сигнальными путями через активацию внутри- и внеклеточных киназ, таким образом, эффективно предотвращая нейрональную смерть клетки. Экспериментальные исследования, проведенные на лабораторных животных, доказали способность BDNF стимулировать механизмы антиапоптоза [51], уменьшать размеры инфаркта [52] и улучшать исход течения заболевания [53]. Доказана его способность усиливать нейрогенез [54-57] и нейропластичность после инсульта [58]. Возможность использования нейротрофического фактора мозга в качестве маркера восстановления при инсульте подтверждается рядом клинических исследований [59, 60], но и в этом случае полученные данные неоднозначны [61]. Установлено, что высокий уровень BDNF в спинномозговой жидкости в первые часы развития инсульта связан с хорошим клиническим восстановлением неврологических функций [59]. При этом отмечается обратная корреляция данного маркера с тяжестью состояния больных при поступлении и размерами сформированного к 5-7-м суткам инфаркта мозга [40, 59]. Следует отметить, что низкие значения BDNF могут также наблюдаться у пациентов с метаболическим синдромом, фибрилляцией предсердий и острым коронарным синдромом, что требует учета наличия данной соматической патологии у пациентов с ИИ. Оценке прогностической роли следующего нейроспеци-фического белка NGF (фактор роста нервов) посвящено значительно меньше научных работ, но их результаты показали возможность повышения уровня NGF расценивать в качестве положительного прогностического маркера. По данным одного из таких исследований было отмечено, что высокие концентрации трофического фактора NGF связаны с благоприятным исходом течения ИИ (клинико-лабораторный анализ проводился на 3-й месяц от момента начала развития симптомов инфаркта мозга). Установлено, что NGF стимулирует образование аксональных ростков и способствует функциональному восстановлению аксонов. Показано, что активирование NGF уменьшает гибель нейронов после инсульта и приводит к более «щадящему» эффекту от повреждения нервной ткани [62]. Таким образом, более высокая концентрация NGF в сыворотке крови может служить независимым прогностическим маркером благоприятного функционального исхода ИИ. Патогенетически процесс повреждения ГЭБ, нейронов и клеток глии сопровождается продукцией про- и противовоспалительных цитокинов и медиаторов воспаления, которые, в свою очередь, воздействуют на эндотелий мозговых сосудов, способствуя повышению проницаемости ГЭБ вплоть до возможности проникновения клеток иммунной системы в мозг. Повреждение ГМ сопровождается выраженной воспалительной реакцией, неблагоприятно влияющей на восстановление нервной ткани [30, 33]. На этом принципе основано применение воспалительных маркеров в качестве прогностического инструмента. По данным исследований показано, что у пациентов с более низкими уровнями хемокина-11 (CCL11), интерлейкина (ИЛ)-1р, ИЛ-8 и моноцитарного хемоаттрактантного белка 1 (MCP1) и более высокими уровнями адипонектина, ИЛ-iRa, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-12, С-реактивного белка, фактора некроза опухоли а и лейкоцитов отмечается наиболее плохое восстановление. Пациенты с плохим исходом демонстрировали более чем в два раза повышенные уровни ко-пептина, интерлейкина-6 и фактора некроза опухоли а по сравнению с пациентами с хорошим исходом восстановления [63]. Однако их применение как прогностических маркеров является дискутабельным, что обусловлено их неспе-цифичностью к церебральной ишемии и возможностью его выработки при других коморбидных заболеваниях. Таким образом, актуальная потребность в объективизации выраженности повреждения и оценки состояния пациента необходима для выбора рационального терапевтического подхода и своевременной коррекции лекарственной терапии и стимулирует дальнейшие исследования информативности применяемых панелей биомаркеров для прогнозирования исхода ИИ. Применение панели биомаркеров позволит «нивелировать» эти недостатки, что является перспективным направлением в современной неврологии и позволяет индивидуализировать процесс восстановления у пациентов с ИИ. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.

About the authors

Maiia S. Gulieva

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: m.gulieva2014@yandex.ru
Moscow, Russia

Sona D. Bagmanian

Pirogov Russian National Research Medical University

Moscow, Russia

Anna S. Chukanova

Pirogov Russian National Research Medical University

Moscow, Russia

Elena I. Chukanova

Pirogov Russian National Research Medical University

Moscow, Russia

References

Supplementary files