Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН. 2-е издание переработанное и дополненное

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

9.2. Паратгормон-родственный белок при патологических изменениях экзокринной части поджелудочной железы

В экзокринной части поджелудочной железы секреция ПТГрП в ацинарных клетках очень низкая и нет сведений о его влиянии на функции экзокринной поджелудочной железы при базальных условиях. Bhatia V. et al. (2012) в экспериментах на мышах исследовали роль ПТГрП в развитии воспалительной реакции и фиброза, которые сопровождают индуцированный алкоголем или церулеином панкреатит. Авторы показали, что уровни ПТГрП в экзокринной поджелудочной железе временно повышаются у мышей с моделированием острого панкреатита вызванным введением этанола или церулеина. Эти эффекты церулеина и этанола выявлены в первичных и иммортализованных ацинарных и звездчатых клетках. Обработка первичных ацинарных клеток церулеином или этанолом увеличивала уровни мРНК ПТГрП, как определено методом обратной транскрипции/ПЦР в реальном времени, в 3–5 раз. Этанол и церулеин также увеличивали уровни белка ПТГрП, как определено вестерн-блот-анализом и иммуноокрашиванием. Кроме того, этанол сенсибилизирует поджелудочную железу к ПТГрП-модулирующим эффектам церулеина. Повышенные уровни ПТГрП, наблюдаемые после обработки этанолом, могут сенсибилизировать поджелудочную железу таким образом, чтобы ее способность адаптироваться и реагировать на стрессовые стимулы уменьшалась. Таким образом, ПТГрП может опосредовать критический острый фазовый ответ в механизмах развития острого панкреатита. Воздействие на ацинарные клетки ПТГрП (1–36) увеличивает экспрессию медиаторов воспалительной реакции интерлейкина-6 (IL-6) и белка внутриклеточной адгезии (ICAM-1), а также апоптоза. ПТГрП (1–36) также увеличивает уровни проколлагена I и фибронектина в первичных и иммортализованных звездчатых клетках. Индуцированные церулеином и этанолом экспрессия IL-6 и проколлагена I подавляется антагонистом рецепторов PTH1R ПТГрП (7–34). Авторы констатировали, что, повышенное выделение ПТГрП после моделируемого повреждения поджелудочной железы может играть роль в развитии фиброза. Факторы, высвобождаемые из поврежденных ацинарных клеток, в свою очередь, активируют звездчатые клетки поджелудочной железы, которые в активированном состоянии продуцируют высокие уровни белков внеклеточного матрикса. Эти белки, играют критическую роль в формировании фиброза ткани железы. Доказано, что звездчатые клетки являются основными медиаторами фиброза при хронических повреждениях поджелудочной железы и воспалении. Факторы регулирующие белки внеклеточного матрикса, играют решающую роль в фиброзе. Показано, что ПТГрП увеличивает экспрессию проколлагена I и фибронектина. Экспрессия этих компонентов белков внеклеточного матрикса, характерна для хронического фиброза поджелудочной железы (Apte M.V. et al., 1999; Gress T.M. et al., 1998). Поскольку ПТГрП увеличивает уровни проколлагена I и фибронектина на уровне мРНК, его эффекты, вероятно, опосредуются через транскрипционные и/или посттранскрипционные пути. ПТГрП может оказывать аутокринный/паракринный эффект как в ацинарных, так и в звездчатых клетках, что приводит к увеличению экспрессии провоспалительных цитокинов и хемокинов, а также белков внеклеточного матрикса, участвующим в фиброзе. Взятые вместе, эти данные показывают, что увеличение экспрессии ПТГрП после повреждения поджелудочной железы этанолом или церулеином может способствовать не только воспалительному ответу, но и чистой потере ацинарных клеток в экзокринной поджелудочной железе. Эти исследования идентифицируют ПТГрП как потенциальный медиатор воспалительных и фиброзных реакций, проявляющихся при остром панкреатите. В этой же лаборатории несколько позже было выполнено исследование (Bhatia V. et al., 2014) в котором оценили роль экспрессированного ацинарной клеткой ПТГрП в развитии хронического панкреатита. Провоспалительные и профибротические реакции ПТГрП при хроническом панкреатите были исследованы с использованием экспериментальной модели включающей повреждение поджелудочной железы повторяющимся введенем церулеина и лигированием выводных протоков поджелудочной железы. Факторы, высвобождаемые из поврежденных ацинарных клеток активируют звездчатые клетки
поджелудочной железы. Эти клетки являются ключевыми участниками развития панкреатита после трансформации от покоя в «активированное или миофибробластное» состояние (Omary M.B. et al., 2007). Активированные звездчатые клетки продуцируют высокие уровни белков внеклеточного матрикса, которые, играют критическую роль в восстановлении тканей после повреждения, но также могут способствовать формированию патологического фиброза, характерного для хронического панкреатита. ПТГрП (1–36) увеличивал уровни коллагена I и фибронектина в этих клетках. Как ацинарные клетки, так и звездчатые клетки экспрессируют рецепторы PTH1R (Bhatia V. et al., 2012, 2014), что указывает на возможность наличия аутокринной и/или паракринной роли для ПТГрП в этих клетках. Эти данные в совокупности демонстрируют повышенную экспрессию ПТГрП в ответ на повреждение ацинарных и звездчатых клеток поджелудочной железы и доказывают, что ПТГрП оказывает в этих панкреатических клетках прямое действие. Уровни ПТГрП оценивали с помощью иммуногистохимии и Вестерн-блоттинга в срезах поджелудочной железы. В срезах от контрольных мышей иммуноокрашивание ПТГрП проявлялось только в островках. Хроническое воздействие церулеина (5 инъекций три раза в неделю в течение 3 недель) приводило к 5-кратному увеличению уровней иммуноокрашивания ПТГрП в экзокринной поджелудочной железе по сравнению с контролем. Аналогичный эффект наблюдался у мышей через 2 дня после лигирования выводных протоков поджелудочной железы, где уровни ПТГрП были в несколько раз выше в лигированной доле по сравнению с контрольной долей. Эти результаты свидетельствуют, что индукция хронического панкреатита приводит к увеличению уровней ПТГрП в экзокринной ткани поджелудочной железы. Ни инъекции церулеина ни лигирование выводных протоков не оказывала существенного влияния на иммуноокрашивание ПТГрП в островковых клетках. Для исследования роли секретируемого ацинарной клеткой ПТГрП при повреждении поджелудочной железы, приводящем к панкреатиту, были использованы мыши с условным нокаутом гена ПТГрП в ацинарных клетках. Авторы установили, что делеция гена ПТГрП в ацинарных клетках не оказывала значительного эффекта на уровни рецептора PTH1R в этих клетках, не влияла на экспрессию ПТГрП в звездчатых клетках поджелудочной железы и иммуногистохимическими данными подтвердили, что делеция гена ПТГрП в ацинарных клетках
не изменяет уровни ПТГрП в островках Лангерганса. Полученные данные подтверждают ключевую роль ПТГрП в церулеиновой модели хронического панкреатита и в модели с лигированием выводных протоков железы, поскольку делеция ПТГрП в ацинарных клетках ингибирует изменения в архитектуре поджелудочной железы, а также активацию звездчатых клеток и осаждение белков внеклеточного матрикса. Защитный эффект, достигаемый путем делеции гена ПТГрП в обеих моделях повреждения поджелудочной железы, подтверждает специфичность ответа и подразумевает, что эффекты ПТГрП не опосредуются исключительно за счет воздействия на сигнализацию, вызванную церулеином. В обеих моделях хронического панкреатита изменение уровня мРНК IL-6 в поджелудочной железе также значительно ослабляется у мышей с делецией ПТГрП в ацинарных клетках, подтверждая гипотезу о том, что ПТГрП оказывает свое действие путем активизации выделения провоспалительных цитокинов и что подавление экспрессии ПТГрП в ацинарных клетках предотвращает повреждение поджелудочной железы. Индуцированное церулеином повышение активности экспрессии ПТГрП приводит к активации протеинкиназы C- δи протеинкиназы C- ε, что приводит к увеличению секреции амилазы и активации ядерного фактора «каппа-би» (NF- κB). Эти эффекты ПТГрП опосредуются через NF- κB-зависимый путь, так как ПТГрП увеличивает активность NF- κB в ацинарных клетках, а опосредуемое церулеином увеличение активности NF- κB подавляется в клетках с делецией ПТГрП. Удаление гена ПТГрП ингибирует эти эффекты церулеина, тем самым ограничивая повреждение поджелудочной железы. Авторы заключили, что эффекты ПТГрП на освобождение провоспалительных цитокинов опосредуются через NF- κB-зависимый путь и что ПТГрП может функционировать на системном уровне, индуцируя выделение провоспалительных цитокинов и хемокинов. Нокаут гена ПТГрП также оказывает защитный эффект, когда повреждение ацинарной клетки индуцируется в изолированных клетках. Эти данные поддерживают вывод о ключевой роль ПТГрП в развитии панкреатита непосредственно на уровне ацинарных клеток. Представленные результаты определяют роль ПТГрП в провоспалительной и профибротической реакции, связанной с острым и хроническим повреждением поджелудочной железы (рис. 14).

Рис. 14. Эффекты паратгормон-родственного протеина при повреждении поджелудочной железы различными факторами

Повреждение поджелудочной железы, вызванное различными факторами, приводит к усилению экспрессии ПТГрП под влиянием цитокинов, включая TNF- αи TGF- β, уровни которых повышены в результате повреждения ткани поджелудочной железы. ПТГрП, высвобождаемый ацинарными клетками, в свою очередь, действует через аутокринный и/или паракринный путь, вызывая высвобождение провоспалительных цитокинов и хемокинов, что приводит к воспалительной реакции. ПТГрП, секретируемый ацинарными клетками, также может функционировать по паракринному пути для активации панкреатических звездчатых клеток, которые также высвобождают ПТГрП в ответ на повреждение, что приводит к их активации. Конечным результатом этих событий является развитие острого панкреатита. Дальнейшее воздействие факторов риска, сопровождающееся высвобождением ПТГрП, может пролонгировать провоспалительный и профиброзный ответ. Эти множественные эпизоды острого панкреатита (рецидивирующий острый панкреатит) могут в конечном итоге привести к хроническому панкреатиту с хроническим воспалением и рубцеванием. Поскольку анамнез панкреатита является значительным фактором риска развития аденокарциномы поджелудочной железы, предотвращение или ограничение развития хронического панкреатита посредством профилактического использования ингибиторов пути передачи сигналов ПТГрП может снизить риск развития этого рака.

Таким образом, ингибирование эффектов ПТГрП может представлять собой новую терапевтическую стратегию, направленную на предотвращение воспаления и фиброза поджелудочной железы. Rastellini C. et al. (2015) сравнили влияние лигирования поджелудочной железы на экспрессию в ткани железы костного морфогенетического белка-2 (BMP2), апелина и ПТГрП у мышей с индуцированным церулеином хроническим панкреатитом. В последние годы установлено, что апелин снижает воспаление и фиброз за счет снижения активности звездчатых клеток поджелудочной железы. Апелин-индуцированнее торможение трансформации звездчатых клеток и как следствие пролиферации и роста соединительной ткани являются предположительными механизмами, лежащими в основе подавления апелином продукции внеклеточного матрикса. Апелин и его специфический рецептор-APJ экспрессируются в поджелудочной железе в бета-клетках и альфа-клетках островков Лангерганса (Ringstrom C. et al., 2010). Сообщалось, что апелин влияет на экзокринную секрецию поджелудочной железы (Kapica M. et al., 2012). Кроме того, апелин проявляет
широкую противовоспалительную активность в организме. Взаимодействие апелина с APJ-рецептором оказывает ингибирующее влияние на воспаление поджелудочной железы, фиброз и ацинарную дегенерацию во время панкреатита (Han S. et al., 2013, 2017). Rastellini C. et al. (2015) показали, что индукция хронического панкреатита с помощью лигирования протоков поджелудочной железы активирует экспрессию BMP2, апелина и ПТГрП у мышей, определили характер перекрестных взаимодействий между сигнальными системами поджелудочной железы BMP2, апеллина и ПТГрП поскольку эти факторы регулируют каскад воспаления-фиброза во время панкреатита. Результаты показали, что лигирование выводных протоков железы и индуцированние введением церулеина хронического повреждения железы приводили к значительным повышениям экспрессии в поджелудочной железе BMP2, апелина и ПТГрП. Эксперименты в культуре клеток поджелудочной железы in vivo и in vitro продемонстрировали, что BMP2 стимулирует экспрессию апелина поджелудочной железы, тогда как экспрессия апелина ингибируется воздействием ПТГрП. ПТГрП стимулировал повышение активности гремлина, эндогенного ингибитора активности BMP2. Трансформирующий фактор роста β стимулировал экспрессию ПТГрП. Вместе эти результаты показали, что развитие хронического панкреатита в моделях лигирования протоков железы и индуцирования повреждения ее ткани повторными введениями церулеина привели к увеличению продукции в поджелудочной железе BMP2, апелина и ПТГрП между которыми имела место значительная перекрестная сигнализация. Результаты данного исследования вместе с предыдущими данными предполагают, что эти факторы взаимодействуют в поджелудочной железе, регулируя каскад воспаления-фиброза во время хронического панкреатита. Что еще более важно, эта сеть взаимодействовала с трансформирующим фактором роста β  – ключевым эффектором панкреатической патофизиологии. Эта новая сигнальная сеть может быть объектом целенаправленных фармакологических воздействий у людей с хроническим панкреатитом. В недавней публикации представлены результаты более детального исследования механизмов регуляции провоспалительных и профибиротических медиаторов в ацинарных и звездчатых клетках поджелудочной железы (Bhatia V. et al., 2016). Авторы исследовали взаимодействие ПТГрП с трансформирующим фактором роста β, костным морфогенетическим белком 2 и его антагонистом гремлином. Трансформирующий фактор роста β секретируется ацинарными и звездчатыми клетками поджелудочной железы в ответ на повреждение и играет ключевую роль как в воспалительных, так и фиброзных реакциях, наблюдаемых при панкреатите (Patel M., Fine D.R., 2005; Yu J.H. et al., 2008; Gao X. et al., 2013; Mews P. et al., 2002). Ингибирование действия TGF- βзащищает поджелудочную железу от хронического повреждения, предотвращая апоптоз ацинарных клеток (Nagashio Y. et al., 2004). Молекула играет ключевую роль в активации звездчатых клеток поджелудочной железы и увеличивает осаждение белков внеклеточного матрикса, что приводит к фиброзу (Shek F.W. et al., 2002; Vogelmann R. et al., 2001; Yoo B.M. et al., 2005). У людей уровни TGF- β повышаются как при остром так и при хроническом панкреатите (Slater S.D. et al., 1995; Van Laethem J.L. et al., 1995; Friess H. et al., 1998). Трансформирующий фактор роста β повышал уровни ПТГрП в ацинарных и звездчатых клетках поджелудочной железы через Smad3-зависимый путь. Антагонист рецептора PTH1R ПТГрП (7–34) ингибировал влияние трансформирующего фактора роста β на уровни IL-6 и молекул межклеточной адгезии 1 (ICAM-1) в ацинарных клетках а также проколлагена I и фибронектина в звездчатых панкреатических клетках. Нокаут гена ПТГрП в ацинарных клетках подавлял эффекты TGF- β   на IL-6 и ICAM-1. ПТГрП повышал уровень гремлина в ацинарных клетках, а ингибирование действия гремлина подавляло эффекты TGF- β и ПТГрП на IL-6 и ICAM-1. Костный морфогенетический белок 2 подавлял уровни ПТГрП в звездчатых клетках поджелудочной железы. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что ПТГрП функционирует как медиатор провоспалительных и профибротических эффектов TGF- β. Трансформирующий фактор роста β и BMP-2 регулируют экспрессию ПТГрП, а ПТГрП регулирует уровни гремлина. Исследование человеческих ацинарных и звездчатых клеток продемонстрировало параллельные эффекты ПТГрП в клетках человека и грызунов. Поэтому разработка стратегий, направленных на целенаправленную доставку антагонистов ПТГрП или рецепторов PTH1R в ацинарных клетках, может быть использована для предотвращения воспаления поджелудочной железы и фиброза, независимо от первичного фактора риска. Было показано, что подавление экспрессии ПТГрП является многообещающим подходом для противораковых стратегий при многих онкозаболеваниях (Luparello C., 2011). Препараты, которые подавляют экспрессию ПТГрП, такие как манумицин – ингибитор фарнезилтрансферазы и аналоги гуанин-нуклеотидов (Dackiw A. et al., 2005; Gallwitz W.E. et al., 2002), также могут оказывать защитное действие в поджелудочной железе, подверженной факторам риска. Подавление экспрессии ПТГрП в конечном счете может предотвратить развитие хронического панкреатита у пациентов, склонных к рецидивам острого панкреатита. Поскольку наличие хронического панкреатита является постоянным фактором риска развития рака поджелудочной железы, профилактика хронического панкреатита может предотвратить развитие этого заболевания (Falzon M., Bhatia V., 2015).