Противоопухолевая терапия, основанная на применении антрациклиновых антибиотиков, остается одной из наиболее распространенных стратегий в лечении злокачественных новообразований. Однако, как и прежде, использование антрациклинов существенно ограничивает риск развития прямого повреждения сердца различной степени тяжести от преходящих нарушений парциальных функций до прогрессирующего ремоделирования с развитием поздней (через несколько лет после лечения) кардиомиопатии и устойчивым снижением сердечного выброса [1—3]. Среди всей группы препаратов наибольшей кардиотоксичностью обладает доксорубицин, при использовании которого в суммарной дозе до 550 мг/м² потенциальный риск развития дисфункции левого желудочка достигает 26%, а при суммарной дозе до 700 мг/м² — 48% [2, 4, 5]. По данным J. Rickard и соавт. [6], кардиомиопатия, вызванная антрациклиновыми антибиотиками, как правило, имеет худший прогноз, чем кардиомиопатии, обусловленные другими причинами, и показатель 2-летней выживаемости составляет менее 50%. Европейское общество кардиологов (European Society of Cardiology — ESC) указывает, что антрациклининдуцированная кардиомиопатия (АИКМ) характеризуется непрерывным прогрессирующим снижением фракции выброса левого желудочка [4].

Ретроспективный анализ результатов лечения показал, что риск развития АИКМ зависит в первую очередь от кумулятивной дозы антрациклина [5]. Другими факторами риска считают возраст младше 15 и старше 65 лет, женский пол, сопутствующие сердечно-сосудистые заболевания, облучение средостения в анамнезе, скорость введения препарата, одновременное применение других противоопухолевых препаратов [7].

До недавнего времени наиболее распространенным представлением о патогенезе АИКМ было предположение о значительной роли в развитии этого клинико-морфологического синдрома оксидативного стресса, выступающего частью механизма специфического действия антрациклинов [3, 8]. Способность препаратов данного ряда вызывать образование избытка активных форм кислорода (АФК) подтверждена рядом исследований [9—13]. Это происходит вследствие обмена электронами между хиноновой частью антрациклина и молекулярным кислородом и другими донорами электронов, содержащихся в клетках (рис. 1)

Ряд исследователей акцентируют внимание на большой роли активных форм азота в описанных процессах: накопление АФК активирует транскрипционный фактор NF-κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells), что приводит к усилению экспрессии индуцибельной NO-синтазы (iNOS), которая каскадно катализирует синтез оксида азота (NO) [17]. Избыток NO вступает во взаимодействие с супероксид-ионом с образованием пероксинитрита, который, являясь сильным окислителем, способен вызывать повреждение широкого спектра молекул в клетке, в том числе митохондриальных ферментов, тем самым создавая условия для дальнейшего нарастания оксидативного стресса, и стимулировать высвобождение факторов клеточной смерти [17, 18].

Существенным недостатком гипотезы оксидативного стресса является то, что она была подтверждена главным образом в тест-системах in vitro [19], и не внесла клинически значимого вклада в решение проблемы: применение антиоксидантов и хелаторов железа не предотвращало развития АИКМ [7, 20, 21]. Исследования последних лет показали, что начальным событием в развитии АИКМ может выступать воздействие противоопухолевых препаратов на топоизомеразу кардиомиоцитов, в то время как генерация АФК является вторичным фактором повреждения миокарда [3, 22]. Топоизомеразы — ферменты, которые регулируют стабильность ДНК клетки в период ее репликации, транскрипции или рекомбинации, внося одно- и двуцепочечные разрывы с последующим точным восстановлением [23]. Ингибирование топоизомераз также один из механизмов противоопухолевого действия антрациклинов [3, 24]. Однако, если ингибирование топоизомеразы 2а в пролиферирующихся опухолевых клетках является молекулярной мишенью противоопухолевой активности препарата, то воздействие на топоизомеразу 2b (Тор2b), которая находится в дифференцированных кардиомиоцитах, становится причиной развития АИКМ [7, 22]. Связывание молекулы антрациклина с Тор2b приводит к нарушению транскрипции, развитию митохондриальной дисфункции, нарушению окислительного метаболизма с образованием АФК, что в конечном счете также приводит к запуску апоптоза [22]. Без Тор2b антрациклин не способен оказывать прямое влияние на ДНК и функцию митохондрий, а удаление гена Тор2b из кардиомиоцитов у экспериментальных животных защищает их от развития АИКМ. Это является серьезным основанием для рассмотрения молекулы Тор2b в качестве ключевого триггера развития антрациклининдуцированной кардиотоксичности, при этом большие надежды возлагаются на разработку новых типов антрациклинов, избирательно действующих на Top2a и не влияющих на Тор2b [24].

Также существует предположение, подкрепленное большим количеством клинических наблюдений и экспериментальных исследований, что большую роль в повреждении миокарда и развитии АИКМ может играть воздействие антрациклина на эндотелий коронарных сосудов [25—27]. Эндотелиоциты выполняют функцию защитного барьера для кардиомиоцитов [28], регулируют поступление в них питательных веществ [29], а также являются местом образования паракринных факторов, регулирующих сердечную деятельность [30]. Повреждение эндотелия под действием антрациклинов, по мнению ряда авторов, происходит по тем же механизмам, которые запускаются в ткани миокарда, через ингибирование работы Тор2b и развитие оксидативного стресса [16]. E. Wilkinson и соавт. [31] в опытах in vitro показали, что доксорубицин может снижать барьерную функцию эндотелия и повышать проницаемость сосудов сердца для лекарственных препаратов. По мнению авторов, это дает основания полагать, что кардиотоксичность, индуцированная применением любых типов препаратов, может начинаться с повреждения микроциркуляторного русла миокарда. Снижение проницаемости эндотелия под влиянием доксорубицина также было продемонстрировано в экспериментах A. Fernandez-Fernandez и соавт. [32], где было показано, что степень нарушения эндотелиального барьера в тканях сердца коррелирует со снижением функции левого желудочка. K. Keltai и соавт. [33], используя эндотелиальные клетки пупочной вены человека in vitro, показали, что доксорубицин может значительно (почти на 90%) снижать экспрессию гена эндотелина-1. Также установлено, что синтазы ON (в большой степени эндотелиальная изоформа — eNOS), имеющие структурное сходство сNADPH-цитохром-P-450-редуктазой, восстанавливают доксорубицин до радикала семихинона, что в свою очередь может приводить к повышенному образованию супероксидного радикала и снижению продукции NO — ключевого местного вазодилататора в регионарной сети системы кровообращения [34].

Главными стратегиями профилактики сердечно-сосудистых осложнений на фоне терапии антрациклиновыми антибиотиками в настоящее время остаются соблюдение рекомендованных доз препарата и длительности его введения, учет дополнительных факторов риска, а также использование липосомальных форм или менее токсичных производных [7, 16].

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в США (Food and Drug Administration) в качестве селективного кардиопротективного средства, достоверно снижающего риск АИКМ, одобрило только дексразоксан [7, 35]. Механизм защитного эффекта препарата изначально связывали с его антиоксидантным действием за счет способности хелатировать свободное и связанное железо внутри клетки. Однако в последующем обнаружено, что дексразоксан изменяет конфигурацию Тор2b и таким образом предотвращает прикрепление к ней молекулы антрациклина [36]. Несмотря на доказанные кардиопротективные свойства, в настоящее время дексразоксан рекомендуется использовать только у женщин с прогрессирующим или метастатическим раком молочной железы при продолжении химиотерапии, включающей антрациклины, и получавших их ранее. Наиболее вероятной причиной этого являются сообщения о том, что дексразоксан может снижать противоопухолевый эффект антрациклина и провоцировать развитие вторичных злокачественных заболеваний [35, 37].

Другие препараты, такие как N-ацетилцистеин, блокаторы кальциевых каналов, амифостин, кофермент Q10, статины, применяемые с целью профилактики сердечно-сосудистых осложнений терапии антрациклинами, не продемонстрировали клинически значимого эффекта [21, 38—41]. Результаты двух рандомизированных плацебо-контролируемых исследований OVERCOME и PRADA [42, 43] дают основания предполагать, что совместное профилактическое применение ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента и β-адреноблокаторов на фоне терапии антрациклинами способно предотвращать снижение фракции выброса левого желудочка у пациентов с изначально нормальными значениями данного показателя, однако клиническая значимость этой стратегии должна быть подтверждена в более крупных исследованиях.

Одно из современных направлений в разработке профилактики АИКМ связано с влиянием на функцию NO-синтаз — ферментов, катализирующих образование NO из L-аргинина. Все три известные изоформы фермента (нейрональная, индуцибельная и эндотелиальная) экспрессируются в кардиомиоцитах млекопитающих [44]. Как было сказано выше, избыток NO, образующийся в результате активации индуцибельной NO-синтазы (iNOS) может приводить к образованию пероксинитрита, а сама NO-синтаза способна восстанавливать антрациклин до семихинового радикала, который продуцирует супероксид. В соответствии с этими аргументами M. Cole и соавт. [45] пытались достичь снижения антрациклиновой кардиотоксичности у экспериментальных животных путем выключения экспрессии iNOS. Однако результаты эксперимента показали, что отсутствие iNOS приводит к еще большему повреждению митохондрий кардиомиоцитов и усугубляет сердечную дисфункцию, что подтвердили ультраструктурный анализ, оценка сократительной функции миокарда и динамика биомаркеров. Ранее P. Pacher и соавт. [46] сообщили, что применение неселективного ингибитора NO-синтаз L-нитро-аргинин-метилового эфира (L-NAME) у экспериментальных животных повышает смертность, связанную с применением доксорубицина. Опираясь на данные результаты, можно предположить, что сохранность функции NO-синтаз выполняет функцию кардиопротекции при лечении антрациклинами.

С другой стороны, T. Neilan и соавт. [47] в ходе эксперимента получили результаты, согласно которым дефицит эндотелиальной изоформы NOS (eNOS) у мышей способствовал снижению кардиотоксичности доксорубицина, в то время как избыточная экспрессия eNOS увеличивала повреждение сердца. Авторы данного исследования полагают, что индуцированная доксорубицином продукция АФК опосредуется в первую очередь через eNOS при отсутствии кофакторов или ее единственного субстрата L-аргинина. S. Deng и соавт. [44] в своей экспериментальной работе показали, что различные изоформы NOS могу вносить разный вклад в развитие АИКМ и защита сердца на фоне лечения доксорубицином может быть достигнута путем специфического ингибирования eNOS, тогда как ингибирование нейрональной изоформы (nNOS) может оказывать вредное воздействие. Именно с подавлением функции nNOS, авторы связывают повышение смертности после использования доксорубицина у животных, получавших L-NAME [46]. Возможно, разное влияние изоформ NO-синтаз на кардиотоксичность связано с их воздействием на сократимость миокарда: eNOS находится в кавеолах, где компартментализация с β-адренергическими рецепторами и кальциевыми каналами L-типа позволяет NO ингибировать сократимость миокарда в ответ на бета-адренергическую стимуляцию, и, напротив, NO, продуцируемый nNOS, влияет на кальциевые каналы саркоплазматического ретикулума, что приводит к повышению сократимости миокарда [48].

Ряд исследователей оценивали кардиопротективный эффект перорального приема неорганического нитрата как дополнительного (NOS-независимого) способа повысить продукцию NO на фоне введения доксорубицина [49]. Высказывая гипотезу о том, что прием нитратов на фоне использования антрациклинов может поддерживать функцию желудочков сердца, авторы опирались на данные экспериментального исследования, в котором была продемонстрирована эффективность бета-блокатора, обладающего NO-опосредованным вазодилатирующим действием [50]. Согласно опубликованным результатам, 7-дневный прием нитрата натрия у мышей, получавших однократную инъекцию доксорубицина, препятствовал снижению сократительной функции миокарда, восстанавливал работу NADH-дегидрогеназы, снижал уровень маркеров перекисного окисления липидов. Данное экспериментальное исследование показало, что стимуляция продукции NO пероральными нитратами на фоне введения доксорубицина может оказывать желаемое терапевтическое воздействие, однако авторы затруднились ответить, является ли такой способ более предпочтительным по сравнению с NOS-опосредованными путями [49].

I. Skrypnyk и соавт. [51] изучали влияние L-аргинина на выраженность оксидативного стресса, состояние антиоксидантной защиты, уровень продукции NO и общую активность NO-синтаз у пациентов с острым лейкозом, получавших лечение антрациклинами в кумулятивной дозе до 200 мг/м², и не имевших сопутствующих сердечно-сосудистых заболеваний. L-аргинин применяли для профилактики эндотелиальной дисфункции и вводили внутривенно до- и на фоне использования антрациклинов (в виде L-аргинина гидрохлорида), с дальнейшим переходом на пероральный прием L-аргинина аспартата в течение 1 мес. Согласно результатам исследования, у пациентов с манифестом острого лейкоза изначально выявляли повышенный уровень маркера перекисного окисления липидов, сниженный уровень супероксиддисмутазы, увеличенную общую активность NOS (по мнению авторов, за счет индуцибельной изоформы) и нормальный уровень общего синтеза NO. Применение L-аргинина приводило к снижению признаков оксидативного стресса, умеренному восстановлению антиоксидантной защиты, снижению общей активности NOS и небольшому повышению продукции NO, которую оценивали по уровню нитрит-анионов (NO₂^–). Авторы исследования делают вывод, что применение L-аргинина на фоне лечения антрациклинами способствует устранению прооксидантно-антиоксидантного дисбаланса и улучшает функцию эндотелия.

В собственных экспериментальных исследованиях проведена оценка кардио- и ангиопротективного действия натрия-L-аргинина сукцината при острой интоксикации доксорубицином у крыс [52, 53]. Одновременно с этим осуществлена оценка влияния исследуемого препарата на противоопухолевую активность доксорубицина на экспериментальных моделях злокачественной лимфомы и солидного рака молочной железы [54]. Согласно полученным результатам, применение натрия-L-аргинина сукцината у экспериментальных животных достоверно снижает показатель летальности от сердечной недостаточности, развившейся в результате острой интоксикации доксорубицином. Кардиопротективный эффект проводимого лечения подтверждает динамика специфических сывороточных маркеров (креатининкиназы-МВ и белка NT-proBNP). Применение натрия-L-аргинина сукцината у экспериментальных животных на фоне острой интоксикации доксорубицином значительно повышает продукцию NO и при этом приводит к умеренному снижению перекисного окисления липидов (по оценке динамики малонового диальдегида). При морфологическом исследовании органа-мишени обнаружено положительное влияние исследуемого препарата на сохранность микроциркуляторного русла миокарда. Важно то, что применение натрия-L-аргинина сукцината не снижает терапевтическую эффективность доксорубицина на изучаемых моделях перевиваемых опухолей [54].

Положительные результаты применения солей L-аргинина для снижения кардиотоксического действия антрациклинов, на наш взгляд, связаны прежде всего с биологической ролью данной аминокислоты в синтезе NO. Введение L-аргинина восстанавливает физиологическую функцию NO-синтаз, что приводит к снижению их участия в продукции АФК, восстановлению NO-синтетической функции эндотелия и улучшению NO-опосредованных механизмов регуляции сердечной деятельности. Данный способ кардиопротекции не пересекается с известными молекулярными механизмами противоопухолевого действия антрациклинов, что позволяет рассматривать препараты L-аргинина в качестве потенциальной стратегии профилактики антрациклининдуцированной кардиотоксичности.

1. Проблема антрациклининдуцированной кардиотоксичности остается трудноразрешимой вследствие общности механизмов противоопухолевого и кардиотоксического эффектов данных препаратов, реализуемых через подавление синтеза нуклеиновых кислот и образование свободных радикалов как в опухолевых клетках, так и в здоровых тканях.

2. Антрациклининдуцированная кардиомиопатия и связанная с ней сердечная недостаточность могут развиться спустя несколько лет после окончания противоопухолевой терапии и плохо поддаются лечению, поэтому приоритетное значение имеют ранние методы профилактики.

3. Повреждение сердца антрациклинами может начинаться с поражения микроциркуляторного русла, поэтому потенциально эффективной мерой может служить терапия, направленная на сохранение функциональной активности эндотелия сосудов, играющего значительную роль в гомеостазе кардиомиоцитов и регуляции сердечной деятельности.

4. Улучшение NO-опосредованных функций эндотелия может быть достигнуто при помощи применения солей L-аргинина. L-аргинин умеренно снижает выраженность оксидативного стресса, вызванного доксорубицином, вероятно, за счет связывания с эндотелиальной NO-синтазой, ответственной за продукцию активных форм кислорода. В целом использование натрия-L-аргинина сукцината на экспериментальной модели острой доксорубицин-индуцированной кардиомиопатии снижает кардиотоксический эффект доксорубицина, наиболее вероятно, вследствие своего эндотелиопротективного действия.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interest.

Сведения об авторах

Валеев В.В. — https://orcid.org/0000-0003-2003-5537;

Коваленко А.Л. — https://orcid.org/0000-0003-3695-2671;

Трашков А.П. — https://orcid.org/0000-0002-3441-0388

Автор, ответственный за переписку: Валеев В.В. — e-mail: vadimvaleev81@mail.ru

Валеев В.В., Коваленко А.Л., Трашков А.П. Эндотелиопротекция — потенциальная стратегия профилактики антрациклининдуцированной кардиомиопатии. Онкология. Журнал им. П.А. Герцена. 2019;8(4):308-315. https://doi.org/10.17116/onkolog20198041308