4
Bilirubin a interní choroby Podobně overexprese HO-1 u myších srdečních alograftů chrání před aterosklerózou cév transplantovaného orgánu, pravděpodobně v důsledku antikomplementových a antioxidačních účinků. Na zvířecích modelech bylo také zjištěno, že transfekce genu pro HO-1 je nezbytná pro přežívání srdečních štěpů a tento účinek byl alespoň částečně zprostředkován produkovaným CO (viz také dále). Bylo dokonce zjištěno, že proplachy jaterních štěpů roztokem s bilirubinem zabraňují jejich odhojování po transplantaci. V jiné práci bylo prokázáno, že modulace exprese HO-1 u myší bez LDL-receptoru stejně jako u králíků Watanabe s vrozenou hyperlipidemií výrazně ovlivňuje tvorbu aterosklerotických lézí proximální aorty. Ve shodě s těmito daty bylo zjištěno, že přenos genu pro HO-1 inhibuje rozvoj aterosklerózy u apoE-deficientních myší. Bylo dokonce zjištěno, že hem akumulovaný v aterosklerotických lézích je degradován pomocí HO-1 na bilirubin, nacházený konzistentně v pěnových buňkách aterosklerotických plátů. Přenos genu pro HO-1 vedl také u potkanů k inhibici vaskulární proliferace, rozvoje jaterní cirhózy i hyperoxického poškození plic. HO-1 hraje pravděpodobně roli také v patogenezi nespecifických střevních zánětů. Aktivita HO-1 je zvýšena u experimentálních modelů těchto střevních zánětů, její farmakologická inhibice je naopak asociována s exacerbací poškození střeva zánětem se zvýšenou aktivitou neutrofilů, zvýšenou produkcí volných kyslíkových radikálů a zvýšenou expresí induktibilní syntázy oxidu dusnatého (iNOS). Overexprese HO-1 byla popsána také u potkanů během hojení žaludečních vředů. Nejsou to jen antioxidační účinky, v cytoprotekci zprostředkované HO-1 se významně uplatňuje i protizánětlivé působení. Bylo například demonstrováno, že interleukin IL-10, který je klíčovým cytokinem kontrolujícím zánět, působí také přes aktivaci HO-1. Další významnou a dosud nediskutovanou funkcí HO-1 je regulace metabolizmu železa prostřednictvím zvýšené syntézy feritinu. Tímto způsobem HO-1 brání zánětlivým a prooxidačním účinkům železa. Je zajímavé, že prakticky všechna publikovaná data podtrhují význam HO-1 v obraně před oxidačním stresem doprovázejícím kardiovaskulární a zánětlivá onemocnění.
4.2.2
Protektivní účinky HO – klinické důkazy
Ve světle výše uvedených údajů nepřekvapí, že nízká exprese genu pro HO-1 je asociována s určitými patologickými stavy (viz také tab. 18). Promotor genu pro HO-1 obsahuje repetitivní sekvenci (GT)n zodpovědnou za transkripci genu (viz obr. 16), která je vysoce polymorfní. Jedinci s delším promotorem obsahujícím alespoň 30 GT-repetic (alela je označována jako L z anglického long) mají 8krát nižší transkripční aktivitu genu pro HO-1 ve srovnání s jedinci majícími pouze 22 GT-repetic (alela S, z anglického short). Počet GT-repetic vede pravděpodobně ke konformačním změnám promotoru a tím i ke změnám ve vazbě transkripčních faktorů. Funkční význam této variability v promotoru genu pro HO-1 byl prokázán také v in vitro studii na lymfoblastoidních buňkách získaných od pacientů s genotypem S/S. Tyto buňky vykazovaly vyšší aktivitu HO-1 a významnou rezistenci vůči apoptóze navozené peroxidem vodíku. Genotyp S/S je také v japonské populaci asociován s nižším výskytem plicního emfyzému a s dlouhověkostí u mužů. Podobně byla publikována nízká prevalence krátké sekvence (< 33 GT-repetic) v promotoru genu pro HO-1 u pacientů s aneuryzmatem břišní aorty a význam této 86
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS180636
Protektivní aspekty katabolické dráhy hemu
4
Obr. 16 Organizace promotoru genu pro HO-1 sekvenční variability byl prokázán i na nízké prevalenci restenóz u pacientů po angioplastikách. Genotyp S/S byl asociován i s nízkým rizikem pro cerebrovaskulární příhody. V jiné studii, která sice neprokázala asociaci mezi krátkým promotorem a prevalencí ischemické choroby srdeční, byl zjištěn negativní vztah mezi počtem GT-repetic a hladinami bilirubinu a HDL-cholesterolu v krevním séru. Několika jinými výzkumnými skupinami však bylo prokázáno, že rizikoví pacienti s kratší GT-sekvencí v oblasti promotoru genu pro HO-1 mají méně často ischemickou chorobu srdeční. Například v recentní prospektivní studii, zahrnující téměř 500 pacientů s aterosklerózou periferních tepen, bylo publikováno, že jedinci s alelou S mají ve srovnání s nosiči L-alely více než 2krát nižší riziko koronárních příhod. Stejně tak v jiné studii pacienti s hypercholesterolemií, diabetem 2. typu nebo kuřáci s kratšími promotorovými GT-sekvencemi měli nižší riziko ischemické choroby srdeční. Podobné výsledky byly popsány také u pacientů s diabetem 2. typu z Tchaj-wanu. Zdokumentován byl také vztah mezi nosičstvím L-alely a vyšších hladin C-reaktivního proteinu (CRP) a prozánětlivého interleukinu IL-6, což naznačuje další mechanizmy, kterými se může HO-1 uplatňovat v ochraně před rozvojem aterosklerózy. V jiné významné práci byl demonstrován vztah mezi variabilitou v genu pro HO-1 dárců orgánů a přežíváním transplantátů. Pacienti, kterým byla transplantována ledvina od homozygotů pro L-alelu, měli podstatně vyšší frekvenci rejekce ve srovnání s příjemci štěpů od dárců s alelou S. Je zajímavé, že existuje i onemocnění, jehož výskyt je podstatně nižší mezi jedinci s dlouhým promotorem genu pro HO-1. Jedná se o cerebrální formu malárie. Uvažuje se o tom, že nízká exprese HO-1 u těchto jedinců vede k nižšímu katabolizmu hemu a tudíž i k nižší produkci dvojmocného železa nezbytného pro růst a proliferaci Plasmodium falciparum, které kupodivu nedokáže samo štěpit hem (nemá HO). Není jasné, zda popsaná variabilita v promotoru genu pro HO-1 může ovlivňovat hladiny bilirubinu v krevním séru. Podle již zmiňované (rakouské) práce ano, v jiné, japonské studii na novorozencích tento vztah popsán nebyl. I kdyby však nedocházelo ke zvýšení hladin bilirubinu v systémové cirkulaci, je téměř jisté, že lokální produkce biliverdinu, bilirubinu a CO v místech patologického děje se zvýšenou tvorbou reaktivních forem kyslíku bude mít cytoprotektivní účinky i bez ovlivnění systémových parametrů. Jako příklad lze použít publikovaná data diskutovaná v kapitole o protektivních účincích HO-1, podle kterých skutečně dochází v aterosklerotických plátech k akumulaci bilirubinu. Je pravděpodobné, že jedinci se sníženou aktivitou HO-1 v důsledku nosičství 87
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS180636
4
Bilirubin a interní choroby L-alely nejsou schopni dostatečně eliminovat kyslíkové radikály vznikající v důsledku vysokého oxidačního stresu doprovázejícího aterosklerotické procesy. Zatímco vztah mezi HO-1 a kardiovaskulárními nemocemi je vcelku jednoznačný, v diskuzích o vztahu HO-1 a nádorových onemocnění panují velké kontroverze. Bylo prokázáno, že HO-1 má silné antiproliferační účinky na buňky hladkého svalstva cév a na epitelové buňky ledvin a plic. Ve shodě s těmito nálezy je i většina klinických pozorování. Jedinci s L-alelou mají výrazně vyšší výskyt adenokarcinomu plic. Z jiné studie vyplývá, že exprese HO-1 je negativně asociována s dlaždicobuněčným karcinomem dutiny ústní a jazyka, ale i s karcinomem žaludku. Také bylo prokázáno, že pacienti s kolorektálním karcinomem, exprimující v nádorové tkáni HO-1, mají mírnější průběh onemocnění a nižší riziko progrese nádorové choroby. Na druhou stranu byla v mnoha nádorových tkáních opakovaně pozorována overexprese HO-1, která byla posuzována jako nepříznivý prognostický faktor. Tyto studie naznačují, že úloha HO-1 v kancerogenezi je komplexnější a že jsou potřeba další studie, které by objasnily vliv HO-1 u jednotlivých typů nádorů i molekulární mechanizmy, jež jsou za její účinky zodpovědné.
4.3
Biologické účinky CO
Antioxidační účinky žlučových pigmentů jsou známé již od poloviny osmdesátých let. Ochranné účinky CO, uvolňovaného reakcí HO, jsou méně známé, nicméně také velmi významné (viz tab. 19). CO aktivuje solubilní guanylátcyklázu, což vede k elevaci intracelulárního cGMP, který inhibuje agregaci krevních destiček a způsobuje relaxaci hladkého svalstva a může se tak uplatňovat i v patogenezi arteriální hypertenze. CO má také nepřímý účinek na cévní tonus prostřednictvím inhibice vazokonstrikčně působících endotelinu 1 a destičkového růstového faktoru B (PDGF, platelet-derived growth factor B). CO inhibuje prozánětlivé mediátory TNFα a IL-1β a zvyšuje hladiny protizánětlivého IL-10, čímž se uplatňuje v obraně proti zánětu. CO má i přímý antiapoptotický účinek na endotelové buňky, který je zprostředkován aktivací signální transdukční dráhy p38 mitogenem aktivované proteinové kinázy (MAPK, mitogen-activated protein kinase). Na druhou stranu CO suprimuje proliferaci T-lymfocytů a buněk hladkého svalstva cév a dýchacích cest. Kromě popsané modulace guanylátcyklázy/cGMP ovlivňuje CO celou řadu intracelulárních signálních drah, jako jsou výše zmíněná p38 MAPK nebo ERK1/ERK2 kinázová dráha, dále moduluje expresi cyklinů D1 a A, aktivitu kaspáz, nukleárního faktoru κB (NF-κB), hypoxií indukovaného faktoru 1 (HIF-1), vaskulárního endotelového růstového faktoru (VEGF), JNK signální dráhy a transkripčního faktoru AP-1. Expozice CO také potlačuje rozvoj aterosklerózy vyskytující se u chronických rejekcí transplantátů aorty nebo při instrumentálním poškození karotického řečiště. CO také zlepšuje na zvířecích modelech přežívání jaterních transplantátů prostřednictvím inhibice apoptózy, zprostředkované systémem CD95/fas ligand. V jiné experimentální studii CO chránil perfundovaná játra potkanů před ischemicko/reperfuzním poškozením opět ovlivněním výše zmíněné p38 MAPK signální dráhy. Systém HO/CO hraje roli také v patogenezi diabetu. Hladina glukózy přímo moduluje aktivitu HO a tvorbu CO, který následně podporuje sekreci inzulinu. Hladiny 88
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS180636