Введение к работе
Актуальность проблемы
Атеросклероз и его осложнения продолжают оставаться наиболее частой причиной смертности и инвалидности трудоспособного населения во всех развитых странах. В связи с этим понятны усилия, направленные на изучение механизмов пато - и морфогенеза этого заболевания. Несмотря на значительный прогресс в исследовании атеросклероза и многочисленные гипотезы, объясняющие его возникновение и течение, ряд ключевых моментов пато - и морфогенеза заболевания остаются дискуссионными и недостаточно изученными. В частности, это касается роли структурно-функциональной гетерогенности клеточных элементов интимы артерий и значимости межклеточных взаимодействий в атерогенезе.
В патогенетических механизмах атеросклероза, особенно в начальных
стадиях, все большее значение придается иммунному воспалению артерий
(Нагорнев В.А., 2006). Основанием для таких взглядов являются результаты
исследований, демонстрирующие присутствие активированных лимфоцитов в
ранних и продвинутых атеросклеротических поражениях человека, а также
присутствие в крови и в сосудистой стенке антител "атеросклеротического
происхождения". Вовлеченность иммунных реакций в развитие
атеросклеротических поражений подтверждена в экспериментальных моделях,
утилизирующих экспериментальных животных. Наибольшее количество
информации получено при исследовании мышей с различными генетически-
индуцированными дефектами. Несмотря на очевидную ценность полученной
информации, эти модели лишь частично отражают многообразие процессов,
имеющих место при атеросклерозе у человека, и не могут быть полностью
использованы для объяснения механизмов развития атеросклеротических
поражений (Нагорнев В.А., 2005). Стоит лишь отметить, что в отличие от артерий человека, которые характеризуются "толстой" многослойной интимой, содержащей разнообразные клеточные элементы, интима артерий мышей, представлена только эндотелием, располагающимся на внутренней эластической мембране и отделенной от последней лишь тонкой прослойкой соединительно-тканного матрикса, практически не содержащего клеточных элементов.
Ряд классических исследований, выполненных на аутопсийном и биопсийном материале, позволил установить, что интима артерий представлена гетерогенной клеточной популяций (Аничков Н.Н., 1947; Нагорнев В.А., 2006; Ross R., 1999). Морфологическая разнородность клеточных популяций артерий была подвергнута изучению и основные клеточные элементы, включая эндотелиальные клетки, гладкомышечные клетки, моноциты-макрофаги, лимфоциты, перициты и тучные клетки, были распознаны. Показано, что в атеросклеротически пораженных артериях человека гладкомышечные клетки претерпевают фенотипическую модификацию. Однако до настоящего времени не проведена комплексная морфофункциональная характеристика фенотипической модуляции гладкомышечных клеток артерий человека и не доказан факт участия этих клеток в развитии патологического процесса на ранних стадиях атеросклероза. Кроме того, не выяснено, какие изменения в сосудах предшествуют появлению измененных гладкомышечных клеток.
Интима артерий и внутренняя часть медии не имеет нервных окончаний, и поддержание гомеостаза осуществляется исключительно за счет межклеточных взаимодействий. К настоящему времени накоплен большой объем информации о различных факторах, способных регулировать деятельность клеток артерий в in vitro условиях, однако структурные аспекты взаимодействия клеток в интиме артерий человека и их роль в развитии атеросклеротических поражений недостаточно изучены.
Проведенные до настоящего времени исследования морфологической
гетерогенности интимы артерий человека, в основном, не носили системный
характер и не позволили связать фенотипическую модуляцию клеточных элементов интимы с локальностью возникновения атеросклеротических поражений в артериях, что затрудняет понимание значимости структурно-функциональной гетерогенности клеток в патогенезе атеросклероза. Взаимосвязь фенотипической модуляции клеточных элементов интимы с иммунно-воспалительных реакциями при атеросклерозе также не получила достаточного внимания.
Все вышесказанное свидетельствовало о необходимости проведения комплексного и многопланового исследования с использованием новых методических подходов и современных морфологических методов для анализа аутопсийного и биопсийного материала, которое позволили бы понять морфологическую сущность патофизиологических процессов, вовлеченных в развитие атеросклероза.
Цель настоящей работы
Работа посвящена проблеме раскрытия фундаментальных патогенетических механизмов атеросклероза и изучению структурных особенностей развития атеросклеротических поражений.
Целью настоящей работы являлось изучение роли иммунного воспаления в развитии атеросклероза у человека. В процессе исследования было показано присутствие в интиме артерий антиген-представляющих дендритных клеток и проведено изучение характеристик и роли этих клеток в атеросклерозе.
Основные задачи исследования
В соответствии с указанной целью были определены следующие основные задачи исследования: 1. Изучить изменение клеточной композиции интимы артерий человека на
самых ранних стадиях развития атеросклеротических поражений и роль
иммунно-воспалительных реакций в инициации атеросклеротического процесса.
2. Изучить клеточную композицию артерий человека на "продвинутых"
стадиях атеросклеротического поражения с учетом значимости иммунного
воспаления в прогрессировании атеросклеротического процесса.
3. Исследовать особенности участия различных клеточных элементов интимы в
развитии атеросклеротических поражений.
-
Исследовать структурные особенности межклеточных взаимодействий в интиме артерий человека и определить их значимость в формировании атеросклеротических поражений.
-
Исследовать возможность появления фенотипически измененных клеток в атеросклеротических поражениях артерий человека и определить возможную взаимосвязь воспалительных реакций с фенотипической модуляцией клеток артерий.
Научная новизна
Проведено комплексное исследование структурных особенностей интимы артерий человека в норме и при развитии атеросклеротических поражений.
Впервые выявлено присутствие в артериях человека клеток,
принадлежащих семейству антиген-представляющих дендритных клеток.
Показано, что дендритные клетки являются обязательным элементом артерий
человека в норме. Охарактеризована ультраструктура дендритных клеток
нормальных артерий человека и распознаны два фенотипа, один из которых
является вариантом клеток Лангерганса. Показано, что посредством клеточных
отростков дендритные клетки формируют локальные клеточные "сети" в
интиме артерий, обеспечивая взаимосвязь различных типов клеток. Выявление
системы клеточных взаимодействий, обеспечиваемых присутствием
дендритных клеток в артериальной стенке, позволило составить более полное
представление о механизмах поддержания гомеостаза в артериях человека.
При сравнении предрасположенных и резистентных к поражению атеросклерозом участков визуально неповрежденной аорты была показана вовлеченность дендритных клеток в иммунное воспаление с самых ранних стадий развития атеросклероза. Показано, что система клеточных взаимодействий, свойственная нормальной интиме, нарушается, в частности, в результате формирования дендритными клетками непосредственных контактов с лимфоцитами и макрофагами. Показана активация дендритных клеток в участках аорты, предрасположенных к поражению атеросклерозом.
Изучены особенности топографического распределения дендритных клеток в различных типах атеросклеротических поражений. Показана преимущественная аккумуляция дендритных клеток в плечевых зонах атеросклеротических бляшек. Показано, что увеличение числа дендритных клеток в плечевых участках происходит параллельно с трансформацией "стабильных" атеросклеротических бляшек в "нестабильные". Показано присутствие кластеров зрелых дендритных клеток с активированными Т-лимфоцитами в плечевых зонах бляшек, обогащенных присутствием микрососудов, связанных с неоваскуляризацией бляшек.
Показана повышенная эндоцитозная активность эндотелиальных клеток в участках аорты человека, предрасположенных к поражению атеросклерозом. В этих же участках обнаружены скопления моноцитов-макрофагов, Т-лимфоцитов и активированных дендритных клеток. Морфометрически доказаны локальность и постоянство инфильтрации интимы моноцитами-макрофагами, которые вовлечены в воспалительные реакции и способны влиять на изменения фенотипа гладкомышечных клеток.
Исследование атеросклеротических поражений артерий человека позволило выявить существование ранее неизвестных фенотипов клеточных элементов, в частности, существование различных фенотипов гладкомышечных клеток. В участках нормальной интимы и в ранних атеросклеротических поражениях артерий человека детально изучены характеристики "синтетического" и
"сократительного" фенотипов гладкомышечных клеток. Показано, что в
"зрелых" атеросклеротических бляшках, в дополнение к "синтетическому" и
"сократительному" фенотипам, существуют ранее неизвестные модификации гладкомышечных клеток, обозначенные нами как "остеоидный" и "хондроцитоидный" фенотипы. "Остеоидный" и "хондроцитоидный" фенотипы гладкомышечных клеток были обнаружены в атеросклеротических бляшках аорты, коронарных и сонных артерий человека, что свидетельствует о стереотипе структурно-функциональных перестроек в артериях мышечно-эластического и эластического типов при атеросклерозе.
Перечисленные новые факты позволили уточнить последовательность морфогенетических процессов, происходящих при атеросклерозе в артериях человека, и выяснить участие различных клеточных элементов интимы в атерогенезе. В работе детально изучены структурные аспекты межклеточных взаимодействий в интиме артерий и показана значимость иммунного воспаления в инициации и прогрессировании атеросклероза.
Теоретическая и практическая значимость
Практическая ценность данной работы состоит в том, что она, являясь фундаментальным исследованием, дает набор базовых сведений для последующих исследований архитектоники артерий и открывает новые подходы в изучении пато - и морфогенеза атеросклероза.
Выявленные особенности структурной организации интимы артерий человека имеют общебиологическое значение.
Выявление присутствия дендритных клеток в интиме артерий привело к развитию самостоятельного направления исследований в области изучения морфо - и патогенеза атеросклероза.
Выявление присутствия дендритных клеток в интиме артерий способствовало развитию новых направлений исследований, направленных на изучение роли дендритных клеток в разнообразных сосудистых заболеваниях, а
также исследований роли дендритных клеток в разнообразных хирургических интервенциях, направленных на коррекцию функции сосудов.
Исследования, продемонстрировавшие вовлеченность дендритных клеток в атерогенез, могут оказать помощь в разработке поиска новых методов, направленных на регуляцию иммунных процессов в атеросклерозе.
Полученные в результате исследования новые данные могут быть
использованы в учебном процессе на кафедрах гистологии, патологической
анатомии, общей патологии и патологической физиологии медицинских ВУЗов
и институтов Усовершенствования врачей, а также в работах научно-
исследовательских институтов, занимающихся проблемами
сердечнососудистой патологии человека.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Иммунно-воспалительные реакции в атеросклерозе связаны с изменениями клеточной композиции клеток интимы и их фенотипической модуляцией.
-
В интиме сосудистой стенки артерий человека существует сложная система межклеточных взаимодействий, опосредованная присутствием в интиме дендритных клеток.
3. Участки артерий, предрасположенные к развитию атеросклеротических
поражений, характеризуются нарушением системы межклеточных
взаимодействий.
-
Иммунно-воспалительные реакции, опосредованные активированными дендритными клетками, играют ключевую роль в инициации самых ранних этапов развития атеросклеротических поражений.
-
Иммунно-воспалительные реакции, опосредованные активированными дендритными клетками, вовлечены в прогрессирование атеросклероза.
6. Прогрессирование атеросклеротических поражений является результатом
нарушения межклеточных взаимодействий и сопровождается изменением
морфофункциональных свойств клеточных элементов интимы.
Реализация результатов работы
Диссертация является итоговым обобщением результатов, полученных при выполнении грантовых тем: "Изменения фенотипа гладкомышечных клеток артерий человека при атеросклерозе" (1989-1991 гг.), "Исследование морфофункциональных особенностей клеток и межклеточных взаимодействий в интиме аорты человека при раннем атеросклеротическом поражении" (1991-1992 гг.) и "Регуляция фенотипа гладкомышечных клеток артерий человека при атеросклерозе и в эксперименте" (1993-1995 гг), "Воспаление и атеросклероз" (2010-2011 гг). Начиная с 1995 г. и по 2012 г. исследования также финансировались St. Vincent's Hospital и St. Vincent's Clinic Foundation, Сидней, Австралия, и представленные в диссертации результаты были получены при выполнении следующих грантовых тем: "Investigation of the nature of vascular dendritic cells and their involvement in atherosclerosis", "Investigation of the role of intercellular contacts in development of atherosclerotic lesions", "Investigation of maturation of vascular dendritic cells in atherosclerotic lesions"; "Investigation of association between dendritic cell maturation and T cell activation in human atherosclerotic lesions", "Analysis of the expression of co-stimulatory molecules by dendritic cells accumulating in atherosclerotic lesions", "Investigation of structural and functional characteristics of vascular dendritic cells in situ and in vitro" и "Phenotyping dendritic cells in vulnerable atherosclerotic plaque". Финансирование работы также осуществлялось из "Vascular Research Fund", Surgical Professorial Unit, St. Vincent's Hospital, Сидней.
Полученные новые данные о присутствия дендритных клеток в интиме артерий и их участия в развитии атеросклероза привели к развитию самостоятельного направления исследований в области изучения морфо - и патогенеза атеросклероза. Идентификация дендритных клеток в нормальных артериях человека также способствовала инициации исследований,
направленных на выяснение возможной вовлеченности дендритных клеток в другие заболевания сердечнососудистой системы.
Апробация результатов диссертации
Материалы диссертации были представлены в виде докладов и тезисов на
следующих научных мероприятиях: "Липопротеиды и атеросклероз"
(Симпозиум, посвященный 110-летию со дня рождения Н.Н. Аничкова)"
(Санкт-Петербург, 1995), "5th St Vincent's Campus Research Symposium"
(Sydney, 1995), "Surgical Research Society of Australia and New Zealand
(Auckland, 1995), "Joint Conference on Arteriosclerosis, and Vascular Biology" (Salt
Lake City, 1996), "Annual Scientific Congress" (Melbourne, 1996), "4th World
Congress on Heart Failure - Mechanisms and Management" (Jerusalem, 1996), "36th
Conference on Cardiovascular Disease Epidemiology and Prevention" (San
Francisco, 1996), "The 23rd World Congress of the International Society for
Cardiovascular Surgery" (London, 1997), "Annual Scientific Congress, Royal
Australasian College of Surgeons" (Sydney, 1998; Melbourne, 2000; Brisbane, 2003;
Kuala Lumpur, 2012), "Third Congress of the Asian Vascular Society (CAVS1 98)"
(Beijing, 1998), "Vascular Symposium" (Singapore, 1998), "Vascular Biology
Society and International Vascular Biology Meeting" (Cairns, 1998; Sydney, 2008),
"55th Annual Meeting of the Society for Vascular Surgery" (Baltimore, 2001), "48th
Annual conference of Indian Association of Cardiovascular & Thoracic Surgeons"
(Chennai, 2002), "Joint 17th Annual Meeting of the European Association for
Cardio-thoracic Surgery and the 11th Annual Meeting of the European Society of
Thoracic Surgeons" (Vienna, 2003), "3rd International AIDS Society Conference on
HIV Pathogenesis and Treatment" (Rio de Janeiro, 2005), "International Meeting of
the Institute of Human Virology" (Baltimore, 2005), "7th World Congress on
Inflammation" (Melbourne, 2005), "14th Meeting of the International Society of
Atherosclerosis" (Rome, 2006), "40th Japan Atherosclerosis Society Annual
Meeting" (Tsukuba, 2008), "Актуальные вопросы медицинской биологии и
паразитологии (Юбилейная научно-практическая конференция, посвященная
200-летию кафедры биологии имени академика Е.Н. Павловского, ВМА)" (Санкт-Петербург, 2009), VII Всероссийская конференция с международным участием "Механизмы функционирования висцеральных систем" (Санкт-Петербург, 2009), "1st AMDI-International Biohealth Science Conference (IBSC)" (Penang, 2010), "45th Congress of the European Society for Surgical Research"(Geneva, 2010), "2nd Annual Health Conference, Global Healthcare: Differing Perspectives and Dimensions in Healthcare" (Kuala Lumpur, 2011), "79th European Atherosclerosis Society Congress" (Gothenburg, 2011), "2011 National Histotechnology Conference" (Sydney, 2011), "XVI International Symposium on Atherosclerosis ISA2012" (Sydney, 2012), "European Atherosclerosis Society (EAS)" (Milan, 2012).
Материалы диссертации были также представлены в виде докладов на заседаниях Faculty of Medicine, University of New South Wales, Sydney (1997, 2003, 2007), на совместном научном заседании Отдела общей и частной морфологии и Отдела биохимии НИИ Экспериментальной медицины РАМН (2009), на заседании Laboratory of Immunopathology, St Vincent's Hospital Sydney (2009) и на заседании Института атеросклероза, Инновационный центр Сколково(2012).
Публикации по теме диссертации
По результатам исследований опубликовано 104 работы в отечественных и международных журналах, одна глава в монографии и одна монография.
Структура и объем диссертации
