Иммуногистохимическое исследование экспрессии белков экстрацеллюлярного матрикса и иннервации лёгких у пациентов с лёгочной артериальной гипертензии

Актуальность. Легочная артериальная гипертензия (ЛАГ) — это группа заболеваний, характеризующаяся поражением внутрилегочных сосудов и развитием правожелудочковой недостаточности. Патогенез ЛАГ до конца не изучен. К одному из звеньев патогенеза относят ремоделирование экстрацеллюлярного матрикса. Однако большое разнообразие структур и белков, входящих в его состав, а также сложность взаимосвязей между ними значимо затрудняет изучение и представляет собой большое поле для исследовательской работы.

Цель исследования — изучение особенностей экспрессии и распределения белков экстрацеллюлярного матрикса у пациентов без ЛАГ и с ЛАГ.

Материалы и методы. В работе использовался архивный аутопсийный материал легких от 16 пациентов с различными типами ЛАГ, в качестве группы сравнения был отобран аутопсийный материал от 7 пациентов, умерших от гемобластозов. Помимо гистологического исследования, проводилось иммуногистохимическое исследование (ИГХИ) со следующими маркерами: матриксная металлопротеиназа 9 типа (ММР9), filamin A, fibulin 5, collagen V, surfactant protein A, белок S 100 (S 100), Ki67.

Результаты. Все пациенты с ЛАГ имели продвинутые морфологические стадии легочной гипертензии с формированием плексиформных структур. При ИГХИ легких пациентов с ЛАГ было показано повышение экспрессии ММР9 и тенденция к увеличению числа нервных волокон по сравнению с группой пациентов без ЛАГ, тогда как экспрессия filamin A, fibulin 5, collagen V, surfactant protein А в легочных артериях и паренхиме была снижена. Следует отметить, что, несмотря на разнородность выборки пациентов, было показано однотипное изменение профиля экспрессии белков экстрацеллюлярного матрикса в легочных артериях и паренхиме легких, что требует дальнейшего углубленного изучения на большей выборке пациентов.

Выводы. Изучение маркеров экстрацеллюлярного матрикса и особенностей иннервации легких при ЛАГ у людей будет способствовать поиску таргетных препаратов и привлечению интервенционных технологий для лечения заболевания.

1. Thenappan T, Ormiston ML, Ryan JJ, Archer SL. Pulmonary arterial hypertension: pathogenesis and clinical management. Br Med J. 2018;360: j5492. doi:10.1136/bmj.j5492

2. Thenappan T, Chan SY, Weir EK. Role of extracellular matrix in the pathogenesis of pulmonary arterial hypertension. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2018;315(5):H1322–H1331. doi:10.1152/ajpheart.00136.2018

3. Chelladurai P, Seeger W, Pullamsetti SS. Matrix metalloproteinases and their inhibitors in pulmonary hypertension. Eur Resp J. 2012;40(3):766–782. doi:10.1183/09031936.00209911

4. Hoffmann J, Marsh LM, Pieper M, Stacher E, Ghanim B, Kovacs G et al. Compartment-specific expression of collagens and their processing enzymes in intrapulmonary arteries of IPAH patients. Am J of Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2015;308(10): L1002–L1013. doi:10.1152/ajplung.00383.2014

5. Todorovich-Hunter L, Johnson DJ, Ranger P, Keeley FW, Rabinovitch M. Altered elastin and collagen synthesis associated with progressive pulmonary hypertension induced by monocrotaline. A biochemical and ultrastructural study. Laboratory investigation; a journal of technical methods and pathology. 1988;58(2):184–195.

6. Rabinovitch M. Pathobiology of pulmonary hypertension: extracellular matrix. Clin Chest Med. 2001;22(3):433–449. doi:10.1016/s0272-5231(05)70282-3

7. Heath D, Edwards JE. The pathology of hypertensive pulmonary vascular disease. A description of six grades of structural changes in the pulmonary arteries with special reference to congenital cardiac septal defects. Circulation. 1958;18(4Part1):533–547.

8. Wagenvoort CA, Wagenvoort N. Pathology of pulmonary hypertension. New York: John Wiley & Sons, 1977.

9. Kostyunina DS, McLoughlin P. Sex dimorphism in pulmonary hypertension: the role of the sex chromosomes. Antioxidants. 2021;10(5):779. doi:10.3390/antiox10050779

10. Docherty CK, Harvey KY, Mair KM, Griffin S, Denver N, MacLean MR. The role of sex in the pathophysiology of pulmonary hypertension. Adv Exp Med Biol. 2018;1065:511–528. doi:10.1007/978-3-319-77932-4_31

11. Leopold JA, Maron BA. Molecular mechanisms of pulmonary vascular remodeling in pulmonary arterial hypertension. Int J Mol Sci. 2016;17(5):761. doi:10.3390/ijms17050761

12. Balko R, Edriss H, Nugent K, Test V. Pulmonary venoocclusive disease: an important consideration in patients with pulmonary hypertension. Respir Med. 2017;132:203–209. doi:10.1016/j.rmed.2017.10.015

13. Ohbayashi H. Matrix metalloproteinases in lung diseases. Curr Protein Pept Sci. 2002;3(4):409–421. doi:10.2174/1389203023380549

14. George J, D’Armiento J. Transgenic expression of human matrix metalloproteinase9 augments monocrotalineinduced pulmonary arterial hypertension in mice. J Hypertens. 2011;29(2):299. doi:10.1097/HJH.0b013e328340a0e4

15. Matsui K, Takano Y, Yu ZX, Hi JE, Stetler-Stevenson WG, Travis WD et al. Immunohistochemical study of endothelin1 and matrix metalloproteinases in plexogenic pulmonary arteriopathy. Pathol Res Pract. 2002;198(6):403–412. doi:10.1078/0344-0338-00273

16. Peng X, Li HX, Shao HJ, Li GW, Sun J, Xi YH et al. Involvement of calcium-sensing receptors in hypoxia-induced vascular remodeling and pulmonary hypertension by promoting phenotypic modulation of small pulmonary arteries. Mol Cell Biochem. 2014;396(1–2):87–98. doi:10.1007/s11010-014-2145-9

17. Žaloudíková M, Eckhardt A, Vytášek R, Uhlík J, Novotný T, Bačáková L et al. Decreased collagen VI in the tunica media of pulmonary vessels during exposure to hypoxia: a novel step in pulmonary arterial remodeling. Pulm Circ. 2019;9(3):2045894019860747. doi:10.1177/2045894019860747

18. Retailleau K, Arhatte M, Demolombe S, Peyronnet R, Baudrie V, Jodar M et al. Arterial myogenic activation through smooth muscle filamin A. Cell Rep. 2016;14(9):2050–2058. doi:10.1016/j.celrep.2016.02.019

19. Feng Y, Chen MH, Moskowitz IP, Mendonza AM, Vidali L, Nakamura F et al. Filamin A (FLNA) is required for cell-cell contact in vascular development and cardiac morphogenesis. Proc Natl Acad Sci USA. 2006;103(52):19836–19841. doi:10.1073/pnas.0609628104

20. Eltahir S, Ahmad KS, Al-Balawi MM, Bukhamsien H, AlMobaireek K, Alotaibi W et al. Lung disease associated with filamin A gene mutation: a case report. J Med Case Rep. 2016;10(1):1–5. doi:10.1186/s13256-016-0871-1

21. Deng X, Li S, Qiu Q, Jin B, Yan M, Hu Y et al. Where the congenital heart disease meets the pulmonary arterial hypertension, FLNA matters: a case report and literature review. BMC Pediatr. 2020;20(1):1–5. doi:10.1186/s12887-020-02393-2

22. Papke CL, Yanagisawa H. Fibulin4 and fibulin5 in elastogenesis and beyond: Insights from mouse and human studies. Matrix Biol. 2014;37:142–149. doi:10.1016/j.matbio.2014.02.004

23. Brunetti-Pierri N, Piccolo P, Morava E, Wevers RA, McGuirk M, Johnson YR et al. Cutis laxa and fatal pulmonary hypertension: a newly recognized syndrome? Clin Dysmorphol. 2011;20(2):77–81. doi:10.1097/MCD.0b013e3283439676

24. Brunetti-Pierri N, Piccolo P, Morava E, Wevers RA, McGuirk M, Johnson YR et al. Characterization of a distinct lethal arteriopathy syndrome in twenty-two infants associated with an identical, novel mutation in FBLN4 gene, confirms fibulin4 as a critical determinant of human vascular elastogenesis. Orphanet J Rare Dis. 2012;7:61. doi:10.1186/1750-1172-7-61

25. Ran R, Cai D, King SD, Que X, Bath JM, Chen SY. Surfactant protein A, a novel regulator for smooth muscle phenotypic modulation and vascular remodeling — brief report. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2021;41(2):808–814. doi:10.1161/ATVBAHA.120.314622

26. Liu CP, Zhang YJ, Lu WX, Ji YQ, Zhang WH, Wang C. The change of pulmonary surfactant associated protein A in acute pulmonary embolism. Zhonghua Jie He He Hu Xi Za Zhi. 2005;28(9):600–603.

27. Parra ER, Teodoro WR, Velosa AP, de Oliveira CC, Yoshinari NH, Capelozzi VL. Interstitial and vascular type V collagen morphologic disorganization in usual interstitial pneumonia. J Histochem Cytochem. 2006;54(12):1315–1325. doi:10.1369/jhc.6A6969.2006

28. Marangoni RG, Korman BD, Parra ER, Velosa APP, Barbeiro HV, Martins V et al. Pathological pulmonary vascular remodeling is induced by type V collagen in a model of scleroderma. Pathology-Research and Practice. 2021;220:153382. doi:10.1016/j.prp.2021.153382

29. Parra ER, Teodoro WR, de Morais J, Katayama ML, de Souza R, Yoshinari NH et al. Increased mRNA expression of collagen V gene in pulmonary fibrosis of systemic sclerosis. Eur J Clin Invest. 2010;40(2):110–120. doi:10.1111/j.1365-2362.2009.02224.x

30. Cool CD, Kennedy D, Voelkel NF, Tuder RM. Pathogenesis and evolution of plexiform lesions in pulmonary hypertension associated with scleroderma and human immunodeficiency virus infection. Hum Pathol. 1997;28(4):434–442. doi:10.1016/s0046-8177(97)90032-0

31. Cool CD, Stewart JS, Werahera P, Miller GJ, Williams RL, Voelkel NF et al. Three-dimensional reconstruction of pulmonary arteries in plexiform pulmonary hypertension using cell-specific markers: evidence for a dynamic and heterogeneous process of pulmonary endothelial cell growth. Am J Pathol. 1999;155(2):411– 419. doi:10.1016/S0002-9440(10)65137-1

32. Stenmark KR, Frid MG, Graham BB, Tuder RM. Dynamic and diverse changes in the functional properties of vascular smooth muscle cells in pulmonary hypertension. Cardiovasc Res. 2018;114(4):551–564. doi:10.1093/cvr/cvy004

33. Townsley MI. Structure and composition of pulmonary arteries, capillaries and veins. Compr Physiol. 2012;2(1):675–709. doi:10.1002/cphy.c100081

34. Allen KM, Wharton J, Polak JM, Haworth SG. A study of nerves containing peptides in the pulmonary vasculature of healthy infants and children and of those with pulmonary hypertension. Heart. 1989;62(5):353–360. doi:10.1136/hrt.62.5.353

35. Sheppard MN, Polak JM, Allen JM, Bloom SR. Neuropeptide tyrosine (NPY): a newly discovered peptide is present in the mammalian respiratory tract. Thorax. 1984;39(5):326–330. doi:10.1136/thx.39.5.326

36. Vaillancourt M, Chia P, Sarji S, Nguyen J, Hoftman N, Ruffenach G et al. Autonomic nervous system involvement in pulmonary arterial hypertension. Respir Res. 2017;18(1):201. doi:10.1186/s12931-017-0679-6