PECULIARITIES OF OXYGEN HOMEOSTASIS IN THE PROCESS OF REPARATIVE REGENERATION IN DIABETES PATIENTS (LITERATURE REVIEW).pdf Нарушение заживления ран у больных сахарным диабетом (СД) является одним из основныхвопросов здравоохранения во всем мире. Наиболее частыми терминальными осложнениями СД считаются язвенные дефекты стоп [1, 2]. Больные СД с открытыми трофическими язвами нижних конечностей имеют худший прогноз и значительно более высокую летальность [3]. Среди пациентов с СД продолжительность жизни даже после малых ампутаций, по данным T.E. Wilbek и соавт. [4], составляет в среднем2,5 года, и этот показатель вполне сопоставим с продолжительностью жизни при многих видах злокачественных новообразований. В современных условиях, с развитием реваскуляризирующих операций, комплексный хирургический подход позволяет сохранить опороспособность УДК 616.37-008.64-089-003.93:612.12 doi 10.17223/1814147/62/08 стопы на фоне гнойно-некротических изменений тканей [5], но при этом увеличивает количество больных, которым требуются кожнопластические операции. Репаративная регенерация, как биологическое явление, представляет собой сложный многоступенчатый процесс, который требует точной пространственно-структурной и временной регуляции взаимодействия клеточных и внеклеточных компонентов. При этом ведущую роль, как в повреждении тканей, так и в процессе заживления ран и приживления трансплантата, играет гипоксия - состояние, при котором клетки и ткани неадекватно снабжаются кислородом и не могут полноценно выполнять задачи обеспечения жизнедеятельности организма. В современной хирургии практические задачи Вопросы реконструктивной и пластической хирургии № 3 (62) сентябрь’2017 60 Бесчастнов В.В., Рябков М.Г., Багрянцев М.В. и др. восстановления структуры и функции органов и тканей, в том числе при лечении трофических язв и дефектов тканей после травм и ранений невозможно решать без понимания фундаментальных основ клеточных и субклеточных механизмов этих процессов. Одним из ключевых факторов, влияющих на течение репаративной регенерации, является напряжение кислорода в тканях [6], и в настоящее время накапливаются данныео системе регулирования кислородного гомеостаза в области раневого дефекта [7, 8]. Итогомгипоксии является накопление в тканях ионов водорода, нарастание признаков метаболического ацидоза и дефицита аденозинтрифосфата, дезорганизация дыхательных ассамблей, что приводит к необратимым последствиям. Подобная цепь событий характерна для такого распространенного патологического состояния, как СД. На фоне тканевой гипоксии часто возникает диабетическая язва, которая является тяжелым осложнением диабета и остается серьезной клинической проблемой из-за недостаточного понимания патогенетических механизмов ее развития [9, 10]. В то же время адекватный ответ организма на недостаток кислорода позволяет запустить мощные процессы репаративной регенерации. Так, по данным C. Murdoch и соавт. [11], в условиях гипоксии макрофаги высвобождают хемотаксические факторы и выделяют факторы, определяющие миграцию и пролиферацию клеток, ведущих к восстановлению тканей, таких как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) - сигнальный белок, вырабатываемый клетками для стимулирования васкулогенеза (образованиеэмбриональной сосудистой системы) и ангиогенеза (рост новых сосудов в уже существующейсосудистой системе); тромбоцитарный факторроста (PDGF); фактор роста фибробластов (FGF); трансформирующий ростовой факторбета (TGF-.) - мультифункциональный цитокин, который контролирует пролиферацию, клеточную дифференцировку и другие функции большинства клеток. В экспериментальном исследовании, проведенном Z. Lokmic и соавт. [12] на крысах, было выявлено, что максимум развития грануляционной ткани и сосудов отмечается на 3-и-7-е сут раневого процесса в условиях гипоксии. Ремоделирование грануляционной ткани, маркированное снижением процентного объема сосудов и увеличением клеточного апоптоза, происходит уже в отсутствие гипоксии. Важной составляющей раневого процесса является формирование фиброзной ткани, инициируемое миграцией фибробластов в область факторами роста, например, FGF и TGF-.. Степень экспрессии и активности этих белков также увеличивается на фоне гипоксии [13]. Современными исследованиями доказано, что гипоксические условия проявляются и реализуются как отрицательный патогенетический фактор лишь в условиях нарушения клеточных ответов на гипоксию [14, 15]. Этот процессхарактеризуется снижением активности ангиогенеза, пролиферации и миграции фибробластов и кератиноцитов [16, 17]. Принципиально важным моментом заживления ран после выполнения пластических операций в условиях гипоксии на фоне воспаления или тканевого растяжения является продукция клетками различного происхождения ангиогенных факторов роста и хемокинов, которые стимулируют миграцию эндотелиальных клеток в окружающие ткани и их пролиферацию. Снижение содержания кислорода в поврежденных тканях активирует продукцию и секрецию факторов роста, стимулирующих ангиогенез. В условиях низкого парциального давления кислорода в тканях организм противодействует этому состоянию, пытаясь восстановить кислородный гомеостаз. Основным регулятором клеточного ответа на гипоксию является белок гипоксией-индуцируемый фактор (Hypoxiainducible factor, HIF). Этот протеин представляет собой гетеродимерный белковый комплекс, состоящий из субъединиц HIF-1. и HIF-1., обеспечивающий клеточный ответ на уровне экспрессии генов. В отличие от HIF-1., концентрация которого не регулируется наличием или отсутствием кислорода [18, 19], HIF-1. напрямую зависит от напряжения кислорода: в условиях нормоксии HIF-1. гидроксилируется с помощью пролилгидроксилаз и связывается с белком Гиппеля-Линдау, что вызывает убиквитинзависимую деградацию комплекса в протеосомах [20, 21], при этом период его полураспадасоставляет менее 10 мин [22]. Отсутствие доступного кислорода для гидроксилирования стабилизирует HIF-1, увеличивая концентрацию этого белка и содействуя его транслокации в ядро клетки, где он активизирует целевые гены [23], которые участвуют в адаптации клетки к гипоксии, и обеспечивает выживание в условиях анаэробного гликолиза (VEGF и его рецептора VEGFR2, ангиопоэтинов, NO-синтазы, PDGFBB, TGF.3, эндотелина-1, металлопротеиназ). Исследованиями первооткрывателя этого белка Greg Semenza показано, что HIF-1 является интегральным регулятором гомеостаза кислорода в тканях и управляет сотнями генов-мишеней, в том числе фактором роста эндотелия сосудов повреждения. Пролиферация и дифференци-(VEGF) и белками, связанными с глюкозой ировка фибробластов индуцируется различными энергетическим метаболизмом [24]. № 3 (62) сентябрь’2017 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии В помощь практическому врачу 61 В процессе эволюции в условиях необходимости восстановления поврежденных тканей сформировались механизмы адаптации, функцией которых является приведение к соответствию концентрации кислорода и метаболических и энергетических потребностей клетки [25, 26], а гипоксический статус раны и активность защитных систем в условиях недостатка кислорода приобретают особое значение при закрытии раневого дефекта одним из методов кожной пластики. В поврежденной ткани регулирование ключевых процессов при помощи HIF-1 позволяет клетке эффективно адаптироваться к изменяющимся условиям и мобилизовать резервы для репаративной регенерации. Многими исследованиями доказано, что HIF, регулируя процессы адаптации к гипоксии, принимает активное участие в репаративной регенерации при заживлении ран [27-29], при этом отмечается прямая зависимость между концентрацией HIF и скоростью заживления ран [6, 28]. С целью разработки новых схем лечения ран и ишемических заболеваний интенсивно изучается возможность активации HIF через ингибирование фермента пролилгидроксилазы [30]. Биологическое значение белка HIF-1. было изучено с помощью технологии генетического таргетинга. У нокаут-животных с «выбитым» геном HIF-1. макрофаги характеризовались нарушенным таксисом, метаболическими изменениями, истощением аденозинтрифосфата и снижением бактерицидной способности [31]. Этиданные свидетельствуют о том, что активация HIF-1. является важным фактором, определяющим выживание и функцию макрофагов в гипоксических условиях травмированной ткани. Таким образом, опосредованное HIF-1. переключение на гликолитический метаболизм макрофагов может быть ключевым элементом предотвращения избыточного производства активных форм кислорода и стимуляции процессов репаративной регенерации [32]. В работе D. Duscher и соавт. [33] HIF-1. былопределен в качестве критического регулятора ответа на ишемические повреждения у пациентов со скомпрометированной микроциркуляцией (болеющих диабетом и пожилых). Чтобылучше понять роль этого регулятора гипоксии в кожной ткани, авторы генерировали и оценивали фибробласт-специфичный HIF-1. на генетически модифицированных мышах. При помощи генной инженерии были получены мыши с отсутствием HIF-1. на фибробластах; в группе нокаут-мышей и контрольной группе моделировали кожный лоскут и оценивали заживление и кровоснабжение ран. Результаты эксперимента продемонстрировали значительно более низкий уровень реваскуляризации ишемической ткани и задержку заживления раневого дефекта у нокаутмышей по HIF-1.. Потеря HIF-1. фибробластами приводит к замедленному заживлению ран, уменьшению в ране кровеносных сосудов и значительно ухудшает неоваскулярной ответ в ишемизированном лоскуте. G.J. Chen и соавт. провели исследование, направленное на изучение влияния комбинации основного фактора роста фибробластов (basic fibroblast growth factor (bFGF)) и HIF-1. на частоту выживаемости кожного лоскута у крыс. После закраивания кожного лоскута животным основной группы внутрибрюшинно вводили bFGF в дозе 2,5 мкг/сут и HIF-1. в дозе 1,0 мкг/сут в течение 5 сут. На 5-е сут лечения площадь некротических тканей была значительно меньше в основной группе, что свидетельствует о том, что сочетание bFGF и HIF-1. ингибирует окислительный стресс и действие воспалительных факторов и влияет на частоту выживания кожного лоскута [34]. В этом жеисследовании было показано, что bFGF в сочетании с HIF-1. также повышает уровень экспрессии белка циклооксигеназы (ЦОГ-2) иVEGF в кожных лоскутах. Пролиферативная фаза заживления ран включает несколько процессов, главным из которых является ангиогенез, так как регенерация ткани требует роста новых кровеносных сосудов для доставки кислорода и питательных веществ к поврежденной ткани. HIF-1. является ключевым регулятором транскрипции для нескольких факторов ангиогенеза. В своем исследовании K.W. Leung и соавт. показали, что индукция HIF-1. вызвает экспрессию генов-мишеней, в том числе VEGF [35]. В настоящее время нет общепринятой эффективной стратегии лечения диабетических язв, главным образом, в связи с тем, что фундаментальные механизмы нарушений раневого процесса при СД пока еще изучены недостаточно. Учитывая, что гипоксия играет важную роль в процессах заживления ран, несколько групп исследователей в экспериментах на животных пытались определить, как гипоксическое состояние и активность HIF-1 влияет на скорость заживления ран у больных диабетом. Были получены данные, что состояние гипергликемии подавляет индукцию HIF-1 в условиях гипоксии [36, 37]. В последующих исследованиях при фармакологической стабилизации или генетической активации HIF-1 удалось улучшить заживление ран у больных диабетом мышей [38, 39]. Это подчеркивает клиническую актуальность стабилизации HIF-1 для управления раневым процессом на фоне СД, учитывая, что сосудистые нарушения и гипоперфузия крови считаются основными Вопросы реконструктивной и пластической хирургии № 3 (62) сентябрь’2017 62 Бесчастнов В.В., Рябков М.Г., Багрянцев М.В. и др. патогенетическими механизмами развития диабетических язв. В исследовании D.H. Yu и соавт. [40], цельюкоторого было изучение связи между белками инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) иHIF-1. и скоростью заживления диабетических язв, отмечено, что концентрация IGF-1, критически важного медиатора восстановления тканей, значительно уменьшается в диабетических язвах. Авторы подтвердили, что снижение уровня HIF-1. связано с нарушением заживления ран у больных диабетом мышей и представили доказательства того, что IGF-1 влияет на синтез HIF-1. и активность заживления ран. Улучшение заживления диабетических ран вследствие местного введения рекомбинантного IGF-1 белка также было связано с увеличением синтеза HIF-1. в естественных условиях. В исследовании H. Thangarajah и соавт. представлены данные, демонстрирующие, что в условиях гипергликемии нарушается не только стабильность, но и функция HIF-1, а диабет может являться причиной гипоксии артериальной стенки вплоть до образования сосудистых поражений [41]. В своем исследовании W. Gao и соавт. выясняли, существует ли взаимосвязь между динамической гипергликемией и главным регулятором гипоксии - HIF-1 в процессе гипоксия ЛИТЕРАТУРА индуцированного сосудистого роста мышечных клеток in vitro. Было показано, что в условиях гипергликемии значительно ослаблялся гипоксически-индуцированный рост сосудов и подавлялась экспрессия HIF-1 [37]. Функция HIF-1. регулируется кислородзависимыми растворимыми гидроксилазами. Исследованиями I.R. Botusan и соавт. [38] показано, что гипергликемия in vitro и in vivo влияет на поддержание стабильности и активности HIF-1. в результате подавления экспрессии геновмишеней для HIF-1., необходимых для заживления ран. Как установили авторы, путем блокирования гидроксилирования HIF-1. с помощью химического торможения можно уменьшить этот отрицательный эффект гипергликемии и активировать процессы репаративной регенерации. Таким образом, относительная гипоксия имеет большое значение в заживлении ран, поскольку она обычно играет ключевую роль в регуляции всех критических процессов, участвующих в репарации тканей, а HIF-1. является критическим фактором, регулирующим адаптивные реакции к гипоксии, при этом стабилизация HIF-1. служит необходимым и достаточным условием для стимулирования заживления ран в диабетической среде.

Скачать электронную версию публикации