Proteolysis/antiproteolysis system in apparently healthy men and women of different ages

Full Text

Введение

Здоровое старение описывает процесс старения, при котором организм сохраняет относительно хорошую функциональность и способность к самостоятельной жизни. В этом случае, старение сопровождается минимальными физиологическими и патологическими изменениями. Здоровое старение предполагает сохранение физической активности, когнитивных функций, социальной активности и общего благополучия. С другой стороны, патологическое старение характеризуется развитием хронических заболеваний, ухудшением функций органов и систем, а также ограничением способности к самостоятельной жизни. Это может быть связано с развитием серьезных состояний, таких как деменция, сердечно-­сосудистые заболевания, рак, остеопороз и другие возраст-­ассоциированные нарушения. Патологическое старение часто сопровождается ухудшением качества жизни и требует медицинского вмешательства и ухода.

Различия между здоровым и патологическим старением не всегда ясны и четко определены. Некоторые люди могут сохранять хорошую функциональность и качество жизни даже в пожилом возрасте, несмотря на физиологические изменения. В то же время, у ряда молодых людей могут возникать ранние признаки патологического старения. Исследования в этой области направлены на более глубокое понимание механизмов старения и разработку стратегий для поддержания здорового старения и предотвращения развития возраст-­зависимых патологий.

Понятие сосудистого старения неразрывно связано с функциональными и структурными изменениями преимущественно артериальной сосудистой сети с возрастом. Так, зависящее от возраста ремоделирование эндотелия сосудов и миокарда, помимо прочего, связано с изменениями количества и организации компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ). Молекулярные механизмы, лежащие в основе процесса дисфункции эндотелия сосудов, включают повышенную экспрессию и активацию матриксных металлопротеиназ, концентрация которых увеличивается при старении [1]. Ремоделирование артерий, опосредованное активацией ММП, является гистопатологическим признаком старения артерий, гипертонии и атеросклероза [1]. Матриксные металлопротеиназы регулируют апоптоз путем расщепления лиганда Fas, что делает клетки нечувствительными к сигналам апоптоза. В то же время, ММП обладают не только антиапоптотическими, но и апоптотическими свой­ствами. Фактически, процесс старения сосудов связан с изменением в составе ВКМ, структурные белки которого (виментин и винкулин) играют первостепенную роль в архитектуре тканей, обеспечивая структурную поддержку и организацию тканей. Баланс синтеза и деградации ВКМ необходим для нормальной структуры и функционирования эндотелиальной системы. В целом система ММП играет важную роль в поддержании адекватного состояния сосудистой стенки, что обусловливает актуальность изучения ее характеристик на разных этапах старения с выявлением особенностей у условно-­здоровых людей пожилого возраста. Ангиогенез нарушается при старении. Задержка неоваскуляризации частично обусловлена замедлением миграции эндотелиальных клеток. Миграция требует оптимального уровня адгезии к белкам матрикса, и этот процесс опосредуется ММП-1. Авторы предполагают, что недостаточная активность MMП-1 способствует нарушению клеточного движения в старых эндотелиальных клетках микрососудов, однако, нарушения, повышающие активность коллагеназы, повышают их миграционную способность и ангиогенный потенциал [2]. Ключевой ММП является ММП-1, повышенные уровни которой по данным последнего исследования, связаны с риском развития кальцификации артерий (иммуногистохимия и одноклеточные транскриптомы показали, что уровни экспрессии MMП-1 на тканевом и клеточном уровнях были значительно выше в кальцинированных клапанах, чем в некальцинированных регулирующих клапанах) [2].

В аортах человека были обнаружены признаки повышения активности ММП-2 с возрастом [3]. Было показано, что ММП-2 ухудшает функцию эндотелия, снижая выработку NO. В целом, ее повышенный уровень ассоциирован с ростом жесткости сосудов у лиц молодого возраста, особенно в присутствии гипертензии [4]. ММП-9 представляет собой желатиназу с очень низкой каталитической способностью для структурных белков, которая участвует в протеолитической активации других важных биологически активных молекул, таких как TGF-β, и других «профибротических» белков [5]. Было показано, что ММП-9 могут служить возраст-­зависимым регулятором старения сердца посредством изменения отложения коллагена в ВКМ [6]. До сих пор отсутствуют доказательства связи уровней ММП-9 со здоровым старением.

Вклад ММП в старение сосудов был дополнительно подтвержден наблюдениями за влиянием на ингибирование ММП. Было показано, что ТИМП, включающие четыре молекулы (ТИМП-1, –2, –3, –4), которые обратимо ингибируют протеолитическую активность функциональных ММР. Аналогичные эффекты были продемонстрированы для ТИМП-2, главным образом через механизмы миграции ГМК и апоптоза [7]. Кроме того, ТИМП-1, обладает протективными свой­ствами в отношении разрыва аневризмы аорты в связи с предотвращением разрушения эластина.

Целью настоящего исследования было охарактеризовать влияние старения на основные белки ВМК у условно здоровых мужчин и женщин разного возраста.

Материалы и методы

В исследование включены 347 условно здоровых добровольцев, проходивших первый этап диспансеризации в ГБУЗ «Консультативно-­диагностический центр гор. Южно-­Сахалинск», из них 226 женщин и 121 мужчин, разделенных по возрасту, согласно классификации ВОЗ. Исследование проведено в рамках темы НИР, запланированной и утвержденной на заседании Ученого совета ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации 27.06.2022 г., протокол № 12/21-22. Номер государственной регистрации 122071500006-6 от 15.07.2022 г. Исследование проводилось в соответствии с требованиями Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных исследований с участием человека в качестве субъекта» с поправками 2013 г., правилами надлежащей клинической практики в РФ (приказ Министерства здравоохранения РФ № 200н от 01.04.2016) и статей 20,22,23 Федерального закона «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» от 21.11.2011 № 323-ФЗ (в ред. От 26.05.2021). Протокол исследования одобрен этическим комитетом ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Протокол № 4 от 19.12.2022 г.). Всех добровольцев, включенных в исследование, информировали о дизайне исследования и об этапах его проведения, что отражено в протоколе добровольного информированного согласия. От каждого человека было получено добровольное информированное согласие на обследование, данные анамнеза и результаты обследования вносились в разработанную индивидуальную карту.

Определение содержания металлопротеиназ 1, 2, 9 типов (ММП-1, ММП-2, ММП-9) и их тканевых ингибиторов 1 и 2 типов (ТИМП-1 и ТИМП-2), в сыворотке крови проводили из локтевой вены утром натощак, методом твердофазного ИФА с помощью специфических реактивов фирмы «R&D Diagnostics Inc.» (США) методом сэндвич-­варианта твердофазного иммуноферментного анализа, согласно прилагаемых инструкций. Расчеты количества металлопротеиназ и их ингибиторов проводили путем построения калибровочной кривой с помощью компьютерной программы. Количество выражали в нг/мл. Исследования проводились в Центральной научно-­исследовательской лаборатории ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (заведующий лабораторией доктор биологических наук, доцент Плехова Н.Г.).

При проведении статистической обработки материалов исследования руководствовались принципами Международного комитета редакторов медицинских журналов и рекомендациями [8]. Учитывая численность исследуемых групп, оценка нормальности распределения количественных признаков проводилась с помощью критерия Колмогорова-­Смирнова. Учитывая распределение данных отличное от нормального, результаты исследования представлены в виде медианы, первого и третьего квартилей Me (QI; Q3). Ранговый анализ вариаций по Краскелу – Уоллису (Н) выполняли для сравнения трех и более независимых групп по одному количественному признаку. Затем, при наличии статистически значимых различий проводили попарное сравнение с помощью критерия Манна – Уитни (U) с поправкой Бонферрони [9]. Номинальные данные описывались с указанием абсолютных значений и процентных долей. Сравнение номинальных данных исследования проводилось при помощи критерия χ² Пирсона с поправкой Йейтса, позволяющего оценить значимость между фактическим количеством исходов или качественных характеристик выборки, попадающих в каждую категорию, и теоретическим количеством, которое можно ожидать в изучаемых группах при справедливости нулевой гипотезы. Во всех случаях р<0,05 считали статистически значимым [8]. Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с помощью пакета программ «IBM SPSS Statistics Version 25.0» (International Business Machines Corporation, США).

Результаты и обсуждение

При оценке значений ММП-1 у условно здоровых мужчин не было выявлено значимых различий в зависимости от возраста (табл.). Самые высокие значения ММП-2 зафиксированы в группе пожилого возраста, в то время как в группе молодого возраста определены самые низкие ее показатели (p1,3 = 0,01095). Достоверной разницы значений ММП-2 в группах среднего и старческого возраста не выявлено, при этом они были выше показателей мужчин в возрасте 18–45 лет и ниже — 60–74 лет. Анализ уровня ММП-9 определил тенденцию к снижению ее уровня согласно повышению возраста, однако в группе пожилого возраста зафиксировано резкое ее снижение, а затем в группе старческого возраста — повышение в 1,3 раза (табл.). Уровень ТИМП-1 в группах мужчин молодого и пожилого возраста не отличался, но в группе среднего возраста он был самым низким, а в группе старческого возраста — самым высоким. Значения ТИМП-2 были выше в группе мужчин в возрасте 60–74 лет.

Распределение протеолитической активности у условно здоровых женщин в зависимости от возраста имело другую картину: ММП-1 и ММП-2 не отличались в группах, распределенных по возрастным категориям. Достоверно более низкие значения ММП-9 зафиксированы в группе женщин среднего и пожилого возраста (табл.). Уровень ТИМП-1 был выше в группе старческого возраста, в категории от 18 до 74 лет различий по уровню изучаемого показателя не выявлено. Содержание ТИМП-2 в сыворотке крови были ниже в группе женщин пожилого возраста, при этом между остальными группами различий по возрасту не выявлено.

Уровни матриксных металлопротеиназ и тканевых ингибиторов матриксных металлопротеиназ в сыворотке венозной крови у условно здоровых мужчин и женщин разного возраста (медианные значения и соответствующие доверительные интервалы
[Q1, Q3]) / Levels of matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of matrix metalloproteinases in venous blood serum in apparently healthy men and women of different ages (median values and corresponding confidence intervals [Q1, Q3])

Показатель, нг/мл/  Index, ng/ml	Условно здоровые мужчины/ Conditionally healthy men, n =  121
	1	2	3	4
	18-44 лет/ 18-44 years old n =  29	45-59 лет/ 45-59 years old n = 25	60-74 лет/ 60-74 years old n =  47	75 лет и более / years old or more n =  20
ММП-1/ ММР-1	0,66 (0,583-0,73) рII = 0,0023	0,645 (0,605-0,675) pI 1,2 = 0,7015 рII = 0,5432	0,625 (0,568-0,693) pI 1,3 = 0,4826 pI 2,3 = 0,7861 рII = 0,3468	0,685 (0,665-0,818) pI 1,4 = 0,2565 pI 2,4 = 0,2571 pI 3,4 = 0,1704 рII = 0,01489
ММП-2/ ММР-2	113,9 (102,3-147,3) рII = 0,0032	126,1 (116,7-133,7) pI 1,2 = 0,9118 рII = 0,0543	139,6 (78,31-169,2) pI 2,3 = 0,659 pI 1,3 = 0,01095 рII = 0,6473	127,3 (108,6-135,5) pI 1,4 = 0,8907 pI 2,4 = 1 pI 3,4 = 0,4783 рII = 0,04567
ММП-9/ ММР-9	105,3 (55,68-137,6) рII = 0,0165	91,48 (59,88-125,4) pI 1,2 = 0,3836 рII = 0,01546	58,58 (47,5-137,8) pI 1,3 = 0,01304 pI 2,3 = 0,02857 рII = 0,2376	88,68 (57,11-103,7) pI 1,4 = 0,5761 pI 2,4 = 0,6485 pI 3,4 = 0,01796 рII = 0,01569
ТИМП-1/ TIMP-1	102,1 (45,35-188,4) рII = 0,0123	52 (25,5-150,3) pI 1,2 = 0,01143 рII = 0,0501	112,9 (90,1-183,9) pI 1,3 = 0,6742 pI 2,3 = 0,04615 рII = 0,03657	164,6 (80,95-201,8) pI 1,4 = 0,0501 pI 2,4 = 0,0173 pI 3,4 = 0,0574 рII = 0,00032
ТИМП-2/ TIMP-2	46,86 (45,99-54,63) рII = 0,05002	48,32 (47,32-49,60) pI 1,2 = 0,9554 рII = 0,0436	54,51 (51,05-59,17) pI 1,3 = 0,0411 pI 2,3 = 0,04184 рII = 0,0543	46,37 (43,74-48,65) pI 1,4 = 0,2701 pI 2,4 = 0,6667 pI 3,4 = 0,01875 рII = 0,04491
Показатель,тнг/мл/ Index, ng/ml	Условно здоровые женщины/ Conditionally healthy women, n =  226
	1	2	3	4
	18-44 лет/ 18-44 years old n =  29	45-59 лет/ 45-59 years old n =  25	60-74 лет/ 60-74 years old n =  47	75 лет и более / years old or more n =  20
ММП-1/ ММР-1	0,47 (0,41-0,57)	0,56 (0,44-0,59) pI 1,2 = 0,2874	0,51 (0,4-0,6) pI 1,3 = 0,9259 pI 2,3 = 0,3581	0,47 (0,44-0,67) pI 1,4 = 0,6233 pI 2,4 = 0,9454 pI 3,4 = 0,4333
ММП-2/ ММР-2	144,8 (123,3-165)	150,3 (130,3-166,2) pI ,2 = 0,4815	150,2 (132,1-164,2) pI 1,3 = 0,8533 pI 2,3 = 0,7137	154,6 (120,6-164,2) pI 1,4 = 0,9188 pI 2,4 = 0,7737 pI 3,4 = 0,8548
ММП-9/ ММР-9	60,13 (40,16-100,70)	51,64 (30,68-118,1) pI 1,2 = 0,4773	45,94 (35,9-71,36) pI 1,3 = 0,01592 pI 2,3 = 0,5074	50,68 (47,26-84,36) pI 1,4 = 0,7662 pI 2,4 = 0,9175 pI 3,4 = 0,4097
ТИМП-1/ TIMP-1	81,05 (45,92-144,8)	74,3 (40,9-150,1) pI 1,2 = 0,9373	71,25 (37,67-126,9) pI 1,3 = 0,5141 pI 2,3 = 0,4174	98,75 (42,65-164,8) pI 1,4 = 0,06494 pI 2,4 = 0,03704 pI 3,4 = 0,01732
ТИМП-2/ TIMP-2	89,34 (69,88-92,06)	82,18 (62,45-89,07) pI 1,2 = 0,07946	74,24 (63,67-89,74) pI 1,3 = 0,0001743 pI 2,3 = 0,847	76,32 (66,02-87,24) pI 1,4 = 0,07284 pI 2,4 = 0,1649 pI 3,4 = 0,8721

Примечание: _рI, 2, 3, 4– уровень значимости, полученный при проверке различий между значениями показателя внутри групп в зависимости от возраста (критерий Манна – Уитни); _рII — уровень значимости, полученный при проверке различий между значениями показателя внутри групп в зависимости от пола. ММП — матриксные металлопротеиназы, ТИМП — тканевые ингибиторы матриксных металлопротеиназ.
Note: _рI, 2, 3, 4 — level of significance obtained by testing differences between indicator values within groups depending on age (Mann – Whitney test); pII — level of significance obtained by testing differences between indicator values within groups depending on gender. MMP — matrix metalloproteinases, TIMP — tissue inhibitors of matrix metalloproteinases.

Кроме того, различия были зафиксированы при гендерном распределении. Так, уровень ММП-1 у мужчин возраста 18–44 года был в 1,5 раза выше уровня ММП-1 в женской группе 18–44 года (таблица, рII = 0,0023). В возрасте 45–74 года ММП-1 в зависимости от пола не различались. В старческом возрасте у условно здоровых мужчин ММП-1 превышали значения женщин, сопоставимых по возрасту, (рII = 0,01489). По уровню ММП-2 зафиксированы различия только в возрасте 18–44 года, где ее значения были выше в женской группе исследуемых (рII = 0,0032).

Значения ММП-9 в возрасте 18–44 года у мужчин превышали одноименные значения женщин в практически в 2 раза, в группе 45–59 лет — в 1,7 раз, а в группе 75 лет и старше — в 1,6 раз. Необходимо отметить, что уровень ТИМП-1 во всех возрастных группах мужчин превышал одноименные значения у женщин, но в группе среднего возраста ТИМП-1 был выше именно в женской группе. А значения ТИМП-2 в целом в группе мужчин были достоверно ниже значений женской группы.

Если рассмотреть исследования изменений активности металлопротеиназ при старении, можно констатировать неоднозначность результатов влияния возраста и пола, полученных разными авторами, на систему ММП.

Так, продукция ММП-1 значительно увеличивается у женщин пожилого возраста (60–74 года): значения ММП-1 у женщин в возрасте от 30 до 59 лет существенно не менялись, однако в возрасте 60–74 лет её уровень был в 3 раза выше (р < 0,01) [10]. Уровни ММП-2, ММП-8 и ММП-9 не изменялись в зависимости от возраста по результатам исследований Кныш С.В. с соавт. (2019), однако согласно исследованию D. Dirk Bonnema с соавт. (2007) значения ММП-2 увеличивались (с 1188 +/– 99 нг/мл до 1507 +/– 76 нг/мл) (р < 0,05), а уровень ММП-9, напротив, уменьшался (с 29 +/– 7 нг/мл до 8 +/– 2 нг/мл) (р < 0,05) [11].

Результаты изменений значений ТИМП-1 и ТИМП-2 с возрастом значительно разнятся. Согласно одним исследованиям показатели ТИМП-1 значительно уменьшаются: в группе 30–44 — самые высокие результаты (в 2 раза выше группы 45–59 лет и в 4 раза выше группы 60–74 года); ТИМП-2 также уменьшаются с возрастом (в группе 30–44 лет в 2 раза выше, чем в группе 44–59 лет, однако значения группы 60–74 года вариабельны, и четкие различия есть только с группой 30–44 года) [10]. Тогда как D. Dirk Bonnema с соавт.(2007), напротив, показали, что ТИМП-1 и ТИМП-2 увеличиваются с возрастом: с 728 +/– 46 нг/мл до 1093 +/– 73 нг/мл. у ТИМП-1 и с 34 +/– 5 нг/мл до 53 +/– 6 нг/мл у ТИМП-2 (р < 0,05) [11].

Подробное исследование состояния ММП-2 в зависимости от возраста было проведено P. Cancemi с соавт. (2020) у проживающих на Сицилии [12]. В ходе работы был проведен статистический анализ показателей уровня металлопротеиназ у людей, разделенных на группы (менее 40, 40–64, 65–89, 90–94, 95 и более лет: 1–5 группы соответственно). Было выявлено, что активность MMП-2 в сыворотке крови может положительно влиять на продление жизни. Было обнаружено, что уровень ММП-2 увеличивается у долгоживущих пациентов по сравнению с более молодыми, при этом, при распределении когорт в зависимости от пола — явное увеличение активности MMП-2 с возрастом наблюдалось у мужчин, но не у женщин. Причины данного различия не выявлены, но выдвинуты гипотезы, по которым такая зависимость вызвана либо изменением гормонального статуса женщин при старении, либо тем, что у мужчин, определенных в группу исследования, были лучшие показатели здоровья.

В целом, при анализе системы ММП/ТИМП в настоящем исследовании нами определены изменения системы протеолиз/антипротеолиз как в группе мужчин, так и женщин. У мужчин именно в возрасте 60–74 года зафиксирована дискоординированная работа матриксных металлопротеиназ и их ингибиторов в сторону усиления профиброзирующего эффекта. Тогда как в группе женщин в этой возрастной категории выявлен прямо противоположный компонент — антифиброзирующий, с преобладанием работы матриксных металлопроеиназ. Исходя из этого, именно группа пожилого возраста является группой риска развития сосудистых изменений и рассматривается нами как начальная стадия сердечно-­сосудистых патологий, что предопределяется еще в более молодом возрасте.

Как известно, внеклеточный матрикс обеспечивает структурную основу, необходимую для функциональных свой­ств стенок сосудов. Внеклеточный матрикс — это динамическая структура, состоящая из набора белков, которые выполняют различные функции в процессе развития и гомеостаза тканей благодаря своим уникальным биохимическим и биомеханическим свой­ствам. Многочисленные физиологические и патологические состояния вовлечены в модификацию ВКM, изменяя «нормальный» ансамбль белков, которые соответствуют этому матриксу, также известному как «матрисома» [13]. В физиологическом контексте ядро матрисомы в основном состоит из волокнистых белков (коллагеновых и эластиновых волокон), гликопротеинов (фибронектинов и ламининов) и протеогликанов. Коллагены образуют одно из основных семейств белков ВКM, тем самым играя критическую роль в поддержании структуры большинства тканей. В отличие от коллагена, зрелый эластин — нерастворимый белок, который обеспечивает упругость и эластичность тканей, таких как артерии, легкие, связки и кожа, — обладает превосходной метаболической стабильностью с течением времени, в отличие от других белков [13]. Однако эластин также подвергается различным изменениям во время старения, и эластоз — накопление частично разрушенных эластиновых волокон в ВКМ — является отличительным признаком старения сосудов [14]. Таким образом, низкий оборот белков ВКМ приводит к накоплению повреждений во время старения, являясь ключевым фактором запуска и прогрессирования патологического старения, тем самым влияя на биологические функции в стареющих тканях [14]. Трехмерная организация молекул внеклеточного матрикса — эластина, коллагенов, протеогликанов и структурных гликопротеинов, синтезируемых во время внутриутробного развития, — оптимальна для выполнения этих функций. В неповрежденных артериях и венах конститутивно экспрессируются некоторые протеазы, но благодаря контролю их активации и/или ингибированию ингибиторами эти протеазы обладают очень низкой активностью, а оборачиваемость эластичных и коллагеновых волокон низка [15]. Во время старения и при возникновении сосудистых патологий баланс между протеазами и их ингибиторами временно нарушается из-за индукции экспрессии генов матриксных металлопротеиназ, активации зимогенов или секреции ферментов воспалительными клетками. Гладкомышечные клетки, наиболее многочисленные клетки в стенках сосудов, обладают высокой способностью реагировать на повреждение благодаря своей способности синтезировать молекулы внеклеточного матрикса и ингибиторы протеаз [16]. Однако трехмерная организация вновь синтезированного внеклеточного матрикса никогда не бывает функционально оптимальной. При некоторых других патологиях — аневризме — повреждение снижает способность гладкомышечных клеток реагировать, и количество внеклеточного матрикса уменьшается.

Известно, что полностью здоровых людей не бывает, в человеческом организме процессы старения всегда будут сопровождаться отклонениями от нормы в работе ­каких-либо систем. Так, нами были представлены доказательства наличия таких отклонений у условно здоровых людей, результаты которых схожи с показатели артериальной гипертензии.

Многие исследования связывают возрастное уплотнение крупных эластичных артерий с повышенным уровнем ММП-2. В данных исследованиях было доказано, что повышение активности ММП-2 приводит к ремоделированию сосудов и артериальной ригидности. Чтобы способствовать хроническому ремоделированию сосудов при гипертонии, MMP-2 может разрушать коллаген типа IV, компонент базальной мембраны гладкомышечных клеток, который облегчает миграцию и пролиферацию клеток, что приводит к сохранению повышенного АД, создавая тем самым порочный круг.

На данный момент существует обширная база исследований, которые освещают важную роль активности ММП не только в физиологических процессах, таких как ангиогенез, эмбриональное развитие, регенерация тканей, но также предоставляют данные об изменении их активности при старении органов и тканей, а также гипертонической болезни. Изучение активности ММП, их влияние на процессы старения в органах и тканях является перспективным направлением, поскольку возможно использование этих данных в превентивной медицине. Увеличение активности ММП в организме человека на данный момент может использоваться в профилактической медицине как диагностический маркер для предупреждения развития различного рода сердечно-­сосудистых катастроф, в том числе гипертонии и гипертонического криза.

Однако, стоит упомянуть, что с ростом количества публикаций по данным темам, начинают появляться исследования, согласно которым увеличение активности ММП могут, наоборот, влиять на увеличение продолжительности жизни людей, а также некоторые из ММП могут называться антиатеросклеротическими факторами. Тем не менее, для того, чтобы получить развернутый ответ на причинность полученных данных, нужно провести больше исследований для установления закономерностей их возникновения: стоит выяснить, являются ли они толчком к изучению активности ММП с другой позиции и пересмотру прошлых данных, или они все же обусловлены генетическими особенностями группы людей, участвующих в исследовании.

Старение подразумевает под собой платформу физиологических изменений, на которой параллельно могут размещаться возраст-­ассоциированные повреждения. Однако влияние старения на компоненты внеклеточного матрикса сердца у лиц, не страдающих сердечно-­сосудистыми заболеваниями, изучено не до конца. Мы стремились охарактеризовать влияние старения на систему протеолиз/антипротеолиз мужчин и женщин. Предпринимались попытки оценки влияния старения на основные белки ВКМ сердечной мышцы у мужчин и женщин. Так, E. Dworatzek et al. (2016) продемонстрировали зависимую от возраста и пола регуляцию коллагена I и III типов (взаимодействие p < 0,05), VI типа (взаимодействие p = 0,01), тканевого ингибитора металлопротеиназы 3 (взаимодействие p < 0,05) [17]. Авторы описали, что уровни этих белков у молодых людей были ниже у женщин, чем у мужчин, в то время как у пожилых людей они были выше у женщин, чем у мужчин. Это опосредованное возрастом ремоделирование ВМК миокарда может играть ключевую роль в ограниченной способности стареющего сердца адекватно адаптироваться к измененной рабочей нагрузке и реагировать на повреждение тканей. Нарушение регуляции синтеза и деградации коллагена способствует отложению интерстициального и периваскулярного коллагена, что доказывает участие в процессе развития. Повышенная активность ММП способствует воспалению эндотелия (апоптоз/некроз, тромбоз и дисфункция). ММП-1 усиливает старение эндотелия посредством активации р53. ММП-2 расщепляет межклеточные соединения и клеточный матрикс, включая VE-кадгерин и β- и γ-катенин, которые инициируют апоптоз или некроз ВМК, опосредованный активированной каспазой 3, способствуя повышению проницаемости [18]. Активированная локальная ММП-2 также способствует агрегации тромбоцитов и образованию тромбов, в то время как потеря ММП-2 в тромбоцитах уменьшает связанный с повреждением артерий тромбоз, что позволяет предположить, что ММП-2 является звеном патогенеза тромбообразования. Кроме того, воздействие ММП-2 на клетки эндотелия снижает выработку оксида азота из-за деградации белка теплового шока и кофактора эндотелиальной азотсинтазы, и нарушает процесс вазодилатации. Ассоциированная с ММП инвазия и пролиферация недифференцированных компонентов ВМК является молекулярной основой патологического старения. Активированная внутриклеточно MMП-2 расщепляет кальпонин-1, маркер дифференцировки, переводя фенотип этих клеток в де-дифференцированное состояние [17]. Активированные внеклеточно ММП расщепляют коллаген и базальные мембраны, выводя эндотелиальные клетки из состояния покоя в состояние разрешающей пролиферации. Активация ММП-1/-2/-9 способствует экспрессии растворимого фактора роста тромбоцитов — мощного митогена для эндотелиальных клеток. Примечательно, что MMП-8 непосредственно способствует пролиферации эндотелия. MMП-2 расщепляет базальную мембрану, а эластиновые волокна эффективно усваивают активные ММП-2/-9, что приводит высвобождению фибриллина-1 через TGF-1-зависимый путь, усиливая повышенную выработку эндотелием сосудов коллагена I, II и III, и фибронектин. Повышенная инфильтрация моноцитов/макрофагов и тучных клеток в адвентицию, сопровождающаяся активацией ММП-2/-9, способствует разрушению артериальной стенки. ММП-2 способна разрушать ряд белков миофиламентов, связанных с сократительной способностью, что вызывает снижение чувствительности миофиламентов к Са²⁺ с последующей сократительной дисфункцией, как это наблюдается в сценарии ишемии–реперфузии [18]. ММП-2, в частности, находится в изобилии и активно удерживается в цитоплазме [19], участвует в повреждении и восстановлении миокарда, также может непосредственно нарушать функцию желудочков при отсутствии повреждения и участвует в нехарактерных физиологических функциях поперечнополосатой мышцы, возможно, в поддержании протеостаза саркомеров [19].

Значимость протеолиза эластина, опосредуемого эластазами, при старении сосудов хорошо известна. Эластазы, которые включают несколько представителей серин-, цистеин- и металлопротеиназ, таких как эластаза нейтрофилов, катепсины G, L, S и K или ММП-2, -7 и -9, расщепляют нерастворимый и растворимый эластин и приводят к изменению толщины, эластичности и жесткости стенки сосудов кровообращения с возрастом [20]. Более того, деградация эластина также приводит к образованию производных пептидов эластина, также известных как эластокины, которые участвуют в регуляции ряда физиологических процессов, таких как миграция клеток, выработка протеаз и апоптоз [13]. В совокупности эти изменения могут способствовать развитию и прогрессированию различных патогенных состояний, которые еще больше нарушают функцию сосудистой сети.

Уровни TИМП-1 и, следовательно, ингибирование активности ММП могут по-разному влиять на рост атеросклеротических бляшек в зависимости от сосудистого русла и стадии атеросклероза, причем влияние на состав бляшки более значимо, чем размер бляшки при прогрессирующих бляшках [17]. Можно предположить, что ТИМП-1 защищает от развития коронарного атеросклероза, одновременно усугубляя фиброз сердца и влияя на процесс ремоделирования. G. Kremastiotis et al. (2021) не установили связи между сверхэкспрессией ТИМП-2 и плотностью сердечного коллагена [17]. Ими ранее было показано, что потеря ТИМП-2 ускоряет неблагоприятное ремоделирование после инфаркта миокарда, о чем свидетельствует снижение содержания коллагена наряду с увеличением размера инфаркта, что объясняется усилением воспаления и связанной с ним экспрессией и активностью ММП. ТИМП-2, также, как и ММП-2, ММП-9 экспрессируется в постмитотических нейронах и способствует росту нейритов и дифференцировке клеток в результате остановки клеточного цикла за счет увеличения выработка ингибитора циклинзависимой киназы p21CIP и снижение экспрессии циклинов B и D. Исследования показывают, что отсутствие ТИМП-1 приводит к значительному ухудшению формирования ассоциативных связей и запоминания [21]. Этот эффект, вероятно, опосредован влиянием на развитие нейронов, а не прямым действием ТИМП-1 на память.

Выводы

В настоящее время имеется множество свидетельств, подтверждающих идею о том, что стареющие ткани способны приводить к физиологическому и функциональному истощению здоровых тканей, что могло бы объяснить координацию между различными органами и системами во время старения. Разработка моделей парабиоза подтвердила, что на старение могут влиять системные факторы. Эти секретируемые факторы, которые могут модулировать процесс старения паракринным и аутокринным образом. Хотя на сегодняшний день идентифицировано лишь несколько из этих факторов и путей, многие исследования указывают на стареющие клетки как на один из основных источников, ответственных за функциональное нарушение тканей, и, следовательно, определяются как движущая сила старения и возрастных заболеваний. Система металлопротеиназ в зависимости от возраста однозначно изменяется. Однако по данным результатов различных исследований, нельзя с точностью сказать, в каком объеме и в какую сторону меняется система изучаемого объекта. Наличие противоречивых и немногочисленных данных не вызывает сомнений в актуальности дальнейших исследований системы металлопротеиназ у групп различного возраста. В настоящем исследовании было продемонстрировано влияние возраста и гендерной принадлежности на систему матриксных металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов, кроме того, выделена особая возрастная группа — группа пожилого возраста, которая требует профилактики сосудистой патологии в виду нарушенной системы протеолиз/антипротеолиз.

About the authors

Vladimir N. Yushchuk

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
SPIN-code: 7096-1850
Vladivostok, Russian Federation

Natalia S. Chepurnova

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6642-1332
SPIN-code: 6726-8523
Vladivostok, Russian Federation

Elena V. Markelova

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5846-851X
SPIN-code: 3661-5026
Vladivostok, Russian Federation

Marina Z. Ermolitskaya

Institute of Automation and Control Processes

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2588-102X
SPIN-code: 9197-4028
Vladivostok, Russian Federation

Anastacia Yu. Savchenko

Far Eastern Federal University

Email: dr.cns@yandex.ru
Vladivostok, Russian Federation

Ivan N. Zakharov

Far Eastern Federal University

Email: dr.cns@yandex.ru
Vladivostok, Russian Federation

Ksenia A. Andrushchenko

Pacific State Medical University

Author for correspondence.
Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-0942-8075
Vladivostok, Russian Federation

Polina V. Barabash

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0006-5548-3451
Vladivostok, Russian Federation

Yang Jia Xing

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-5962-2118
Vladivostok, Russian Federation

Daria A. Meshcheryakova

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-6410-8248
Vladivostok, Russian Federation

Natalia G. Plekhova

Pacific State Medical University

Email: dr.cns@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8701-7213
SPIN-code: 2685-9578
Vladivostok, Russian Federation

References

Supplementary files