Сахарный диабет (СД) остается одной из наиболее актуальных проблем мирового здравоохранения. К концу 2021 г. заболеваемость СД в мире превысила 537 млн человек, что означает двукратное увеличение за последние 10 лет. В Российской Федерации на начало 2022 г. на диспансерном учете состояло почти 5 млн человек (3,3% населения), однако реальная заболеваемость, по мнению экспертов, выше. Кроме того, прогнозы заболеваемости, как во всем мире, так и в Российской Федерации, указывают на дальнейшее усугубление данной проблемы в количественном отношении [1].

При СД наблюдается широкий перечень расстройств гомеостаза. Одним из таких расстройств является нарушение процесса репаративной регенерации, морфологического и функционального восстановления организма после повреждения. В свою очередь, в клинической практике данное расстройство приводит к развитию хронических незаживающих ран. Процесс заживления раны включает остановку кровотечения, воспалительную реакцию, направленную на отторжение нежизнеспособных тканей и очищение раны, заполнение раневого дефекта грануляционной тканью, эпителизацию и образование рубца. Формирование грануляционной ткани происходит в процессе ангиогенеза — образования сосудов из уже существующих. Ангиогенез требует взаимодействия большого количества факторов, многие из которых затрагивают патологическое влияние расстройств при СД, что обусловливает нарушение данного процесса и, как следствие, репаративной регенерации и заживления ран в целом [2].

Учитывая распространенность СД, проблема репаративной регенерации у пациентов с этим заболеванием имеет важное значение, особенно при трофических нарушениях, травмах и послеоперационных состояниях. Существующие методы решения данной проблемы несовершенны, и очевидна необходимость дальнейшего изучения, в частности особенностей ангиогенеза у пациентов с СД. Данные исследования не только расширят представления о механизмах нарушений, но и определят новые стратегии и фармакологические мишени терапии, корригирующей нарушения ангиогенеза, репаративной регенерации и заживления ран у пациентов с СД.

Ангиогенез является сложным генетически детерминированным последовательным процессом, требующим взаимодействия большого количества факторов, определяющих соотношение между стимулирующими и ингибирующими сигналами и, следовательно, стадийность процесса. Выделяют следующие этапы ангиогенеза: 1) разрушение базальной мембраны (БМ) и внеклеточного матрикса (ВКМ) старых сосудов, 2) миграцию эндотелиальных клеток (ЭК), 3) пролиферацию ЭК, 4) формирование тубулярных эндотелиальных структур и БМ с образованием новых сосудов. Таким образом, в поврежденной области образуется обильная молодая капиллярная сеть, которая в дальнейшем подвергается контролируемой регрессии с образованием ткани, соответствующей физиологической норме [3].

Основными клетками — участницами ангиогенеза являются зрелые ЭК; предшественники ЭК (ПЭК); гладкомышечные клетки (ГМК) и перициты, дифференцирующиеся из мезенхимальных стволовых клеток (МСК); обсуждается роль гемопоэтических клеток-предшественниц [3]. Кроме того, на ангиогенез влияют и другие клетки, участвующие в заживлении ран: кератиноциты, фибробласты, нейтрофилы, моноциты/макрофаги, T- и B-лимфоциты, тучные клетки [4].

Факторы, влияющие на ангиогенез, в соответствии с их природой можно разделить на биомеханические и биохимические, а в соответствии с результатом их действия — на активаторы и ингибиторы [4][5]. В настоящее время общепризнана гипотеза об ангиогенном «переключателе»: ангиогенез «включается» при преобладающем воздействии активаторов и «выключается» при преобладании ингибиторов [5][6].

К биомеханическим факторам относят механические воздействия тока крови на ЭК по типу механотрансдукции. Результаты исследований демонстрируют влияние параметров гемодинамики на выраженность и характер ангиогенных реакций ЭК [7][8]. Согласно современным представлениям, турбулентный ток крови, сопутствующее ему нестабильное напряжение сдвига, а также повышение трансэндотелиального тока жидкости способствуют активации ангиогенеза. Напротив, ламинарный ток крови, стабильное напряжение сдвига и снижение трансэндотелиального тока жидкости способствуют завершению ангиогенеза и поддержанию ангиогенного покоя. К ангиогенным реакциям, изменяющимся под действием биомеханических факторов, относятся миграция, пролиферация и апоптоз ЭК, а также продукция ими биохимических факторов [5].

К биохимическим факторам относят биологически активные вещества, оказывающие влияние на ангиогенез и способные выступать маркерами для количественной и качественной оценки данного процесса (табл. 1). Основным инициатором секреции биохимических активаторов является гипоксия, запуск их каскада способствует разрушению старых сосудов, образованию новых и их стабилизации, после чего происходит «переключение» на ингибиторы, которые прерывают ангиогенез и подвергают регрессии нестабилизированные сосуды [3][4][6].

Нарушение ангиогенеза при СД носит тканеспецифический характер и отличается разнонаправленностью. В одних случаях регистрируется повышение выраженности ангиогенеза, что обусловливает развитие диабетической ретинопатии и диабетической нефропатии. В других — такие феномены, как нарушение заживления ран и образования сосудистых коллатералей, эмбриональная васкулопатия и отторжение трансплантата, обусловленные недостаточной выраженностью ангиогенеза [15].

Недостаточность ангиогенеза при СД в значительной степени неспецифически связана с его макро- и микрососудистыми осложнениями, вызывающими хроническое нарушение трофики тканей. В условиях хронической гипоксии стирается градиент основного инициирующего и пролонгирующего фактора, что в сочетании с нарушением энергетического и пластического обмена формирует постоянно активный, но незавершенный патологический ангиогенез [15][16]. Помимо данной неспецифической основы, в настоящее время выделяют ряд специфических воздействий СД на ангиогенез.

Состояние эндотелия сосудов при СД характеризуется термином «эндотелиальная дисфункция (ЭД)». Данное патологическое состояние при СД развивается на фоне гипергликемии, представляет собой генетически опосредованное неадаптивное ремоделирование ЭК с нарушением следующих функций: вазомоторной (снижение синтеза вазодилататоров — оксид азота (NO), простациклин; повышение синтеза вазоконстрикторов — эндотелин), адгезионной (повышение синтеза адгезинов — VCAM-1, PECAM-1, P- и E-селектины, TF), гемостазрегулирующей (повышение синтеза ингибитора активатора плазминогена-1 (PAI-1) и фактора фон Виллебранда), ангиогенной (дисбаланс биохимических факторов ангиогенеза) [17][18][19][20][21][22].

Обсуждая механизмы формирования ЭД (в том числе и ангиогенной) при СД, одним из значимых аспектов является изменение метаболизма и пути утилизации глюкозы ЭК. Снижается активность пентозофосфатного пути и, следовательно, выработка основного внутриклеточного восстановителя, никотинамид-аденин-динуклеотид-фосфата (NADPH) — и повышается уровень окислительного стресса. Последнему дополнительно способствует индуцируемая гипергликемией активация NADPH-оксидаз, продуцирующих активные формы кислорода (АФК). Гипергликемия также активирует аргиназу, ферментирующую аргинин — предшественник оксида азота (NO), вместо которого образуются супероксидные радикалы. АФК и реактивные формы азота вызывают разрывы цепей ДНК, что приводит к изменению ферментативной активности в ЭК, остановке гликолиза и запуску «патологических» путей утилизации глюкозы: полиоловый путь и гексозаминовый путь. При активации полиолового пути происходит превращение глюкозы в сорбитол ферментом альдозоредуктазой, данный процесс дополнительно расходует NADPH и повышает уровень АФК; превращение сорбитола в фруктозу ферментом сорбитолдегидрогеназой; данный процесс способствует образованию конечных продуктов гликирования (КПГ). Гексозаминовый путь активируется вследствие накопления фруктоза-6-фосфата и в условиях гипергликемии препятствует нормальному ангиогенному поведению: активируются специфический белок 1 (Sp1), который стимулирует синтез PAI-1, и транскрипционный фактор каппа-би (NF-kB) — главный фактор провоспалительной активации ЭК. Кроме того, остановка гликолиза и накопление его промежуточных продуктов глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата повышает образование метилгиоксаля, который дополнительно способствует выработке АФК и КПГ, снижает синтез HIF-1α, и повышает синтез de novo диацилглицерола, что в дальнейшем активирует протеинкиназу C, которая стимулирует ряд внутриклеточных сигнальных путей, приводя к нарушению функции клеток через активацию NF-kB в ЭК и гладкомышечных клетках, угнетение растворимой гуанилатциклазы, опосредующей эффекты NO [21][22][23].

Eelen G. с соавт. показано, что гипергликемия вызывает в ЭК митохондриопатию (дефекты митохондриального биогенеза, митофагия, накопление поврежденных митохондрий, их фрагментация, нарушение функциональности и увеличение продукции АФК) [21].

При СД снижается популяция ПЭК. ПЭК больных диабетом обладают сниженной способностью продуцировать функциональные ангиогенные ростки и трубки в ишемических моделях, что нарушает формирование грануляционной ткани, рост капилляров и отложение коллагена [24].

В ранах при СД отмечается дефицит макрофагов. Учитывая, что макрофаги являются источником ряда активаторов ангиогенеза, особенно VEGF, следовательно, их недостаток снижает уровень данных факторов и нарушает течение ангиогенеза. Кроме того, показана функциональная неполноценность макрофагов при СД вследствие нарушения поляризации макрофагов и ее модуляции в условиях гипергликемии и окислительного стресса. В нормальных ранах макрофаги переключаются с провоспалительного фенотипа на прорепаративный, поддерживающий регенерацию тканей. В диабетических ранах, при дефиците макрофагов, их измененный фенотип не стимулирует восстановление тканей. Показано, что макрофаги в области раны мышей db/db (генетическая модель ожирения, СД II типа и дислипидемии, результат мутации в гене рецептора лептина) демонстрируют сниженный эффероцитоз, что повышает апоптотическую нагрузку и выраженность воспаления в ране [4][24][25][26][27][28].

Исследования подтверждают роль тучных клеток в заживлении ран, которые являются источником ангиогенных факторов FGF, VEGF, TGF-β1. Показано, что их влияние наиболее значимо на завершающем этапе ангиогенеза, контролируемой регрессии новообразованного капиллярного русла [4][29].

В кожных ранах пациентов с СД отмечается заметное снижение уровня VEGF, в кожных ранах мышей db/db также отмечается снижение уровней VEGF и мРНК VEGF, а обработка ран VEGF ускоряет заживление ран по сравнению с необработанным контролем. Замедленное заживление ран при СД объясняют недостаточным синтезом мРНК VEGF на ранних стадиях раневого процесса. Отмечают, что снижение уровня мРНК VEGF связано с инсулинорезистентностью даже при отсутствии клинического СД. Инсулин активирует путь P13k/Akt, что усиливает экспрессию VEGF. Zhou et al. продемонстрировали сниженную активность P13k/Akt при инсулинорезистентности (у крыс). Zhou K. et al. утверждают, что аномальные паттерны рецепторов VEGF (повышенный уровень VEGF-1 и сниженный уровень VEGF-2) и сниженные уровни мРНК VEGF являются основной причиной незаживающего состояния ран [15][30].

Ангиогенные эффекты VEGF, TGF, FGF зависят от NO и могут быть заблокированы ингибиторами синтазы оксида азота (NOS). Такую активность проявляет ассиметричный диметиларгинин (ADMA), продукт гидролиза метилированных белков, эндогенный конкурентный ингибитор NOS, концентрация которого в плазме у пациентов с СД2 увеличивается более чем в 2 раза после приема жирной пищи. Активность основного фермента ADMA диметиларгининдиметиламиногидролазы (DDAH) снижена при гипергликемии, что обусловливает повышение уровня ADMA. В эксперименте на мышах ADMA ингибирует ангиогенез, индуцированный bFGF. Данный эффект нивелируется пероральным введением L-аргинина, предшественника NO, что подтверждает данную концепцию. В свою очередь, описано снижение уровня L-аргинина в плазме при СД, что сопряжено с ЭД [31][32].

При СД отмечается нарушение экспрессии bFGF вследствие тканеспецифичного снижения уровня мРНК bFGF. При этом в отдельных тканях зарегистрировано повышение синтеза bFGF. Отмечается, что оба эффекта устраняются с помощью инсулина [11].

В исследовании Beer H.D. с соавт. было показано, что мыши db/db экспрессируют более низкие уровни PDGF и его рецептора в ранах. Известно, что местное применение PDGF ускоряет скорость заживления диабетических ран (за счет влияния на процесс ангиогенеза и за счет стимуляции пролиферативной фазы репаративной регенерации, в т. ч. синтеза фибробластами компонентов ВКМ) [33][34].

Установлено, что в диабетических ранах снижается отношение ANG-1 к ANG-2. Снижение уровня ANG-1 нарушенает ангиогенез. Одновременно отмечается повышение уровня ANG-2, который на фоне дефицита VEGF проявляет антиангиогенные свойства [12][13][14].

Важную роль в ангиогенезе играет регуляция генов посредством микроРНК. МикроРНК представляют собой некодирующие РНК длиной около 21-25 нуклеотидов, которые участвуют в экспрессии генов путем связывания с мРНК-мишенью с последующим подавлением синтеза мРНК или ее деградацией. Выявлено, что высокая экспрессия отдельных микроРНК коррелировала с угнетением ангиогенеза. Например, miR-200b угнетает ангиогенез за счет влияния на фактор транскрипции глобина-2 и VEGFR210. К другим микроРНК, влияющим на ангиогенез, относятся miR-130a, miR-21, miR-146a, miR-198 и miR-26b. Нейтрализация miR-200b и miR-26b приводит к улучшению заживления раны [4][35][36][37].

Согласно классическим представлениям, активация фибринолитической системы способствует ангиогенезу: плазмин разрушает компоненты МКМ и БМ (фибронектин, ламинин, протеогликаны), высвобождает и активирует bFGF. Кроме того, поддерживая проходимость сосудов, плазмин способствует локальной трофике тканей. Плазмин образуется из плазминогена при помощи активаторов плазминонена (tPA и uPA). СД ассоциирован со сниженным уровнем uPA при повышенном уровне ингибиторов активатора плазминогена (PAI-1). Эта комбинация, в свою очередь, поддерживает низкий уровень плазмина, что препятствует адекватной деградации МКМ и БМ и дополнительно ухудшает трофику тканей [15].

В диабетических ранах повышен уровень металлопротеаз (в хронической раневой жидкости уровень MMPs почти в 60 раз выше, чем в острых ранах). Высокий уровень металлопротеаз характерен для фазы воспаления, так как позволяет обеспечить очищение раны и облегчить миграцию клеток — участниц репаративной регенерации. Однако сохранение высокого уровня металлопротеаз в фазу пролиферации нарушает ангиогенез и стабилизацию новообразованных сосудов за счет разрушения их компонентов ВКМ. Одной из возможных причин хронического высокого уровня металлопротеаз могут быть высокие концентрации глюкозы, которые повышают экспрессию MMPs и снижают экспрессию TIMPs: прямо — за счет формирования провоспалительного микроокружения и косвенно — за счет накопления КПГ [4].

Основная цель медицинских исследований в краткосрочной перспективе — совершенствование диагностических и лечебных подходов к рассматриваемой проблеме. Изучение ангиогенеза как компонента репаративной регенерации при СД позволяет определить перспективные терапевтические мишени, воздействие на которые способно ускорить и улучшить заживление ран у пациентов с СД.

Поскольку рассматриваемое нарушение является вторичным и этиотропная терапия в данных рамках невозможна, наиболее эффективная стратегия — прерывание патогенетической цепи на уровне ключевого звена, гипергликемии. Контроль уровня глюкозы в крови позволяет снизить выраженность как недостаточности ангиогенеза, так и его избыточных проявлений в отдельных тканях [15]. Другими дополнительными мишенями при недостаточности ангиогенеза могут быть:

- гипоксия.

Устранение хронической гипоксии позволяет восстановить градиент парциального давления кислорода между очагом раны и соседними тканями, а также улучшить метаболизм клеток. В исследовании Ya Guan et al. показаны результаты применения системы непрерывного насыщения диабетических ран кислородом, также содержащей компоненты, поглощающие АФК. В эксперименте данный метод существенно способствовал заживлению резаных ран у мышей db/db. Авторы связывают данный эффект со стимуляцией ангиогенеза — выживание клеток, их миграция, образование тубулярных структур (активация сигнального пути p-Erk1/2, активация экспрессии VEGF-A, FGF-2, PDGF-B), и снижением окислительного (поглощение АФК) и воспалительного (снижение количества воспалительных клеток и провоспалительных цитокинов) стресса [16][38];

- баланс факторов ангиогенеза.

Коррекция дисбаланса факторов ангиогенеза, в первую очередь низкого уровня активаторов за счет их экзогенного введения, приводит к улучшению созревания грануляционной ткани и улучшению заживления ран, что подтверждают многочисленные исследования. К биохимическим факторам ангиогенеза, которые считаются перспективными терапевтическими агентами, относят: VEGF, FGF, PDGF, EGF, др. Продолжается разработка и совершенствование систем их доставки: гель, крем, раствор, микросферы, нановолокна, др. Перспективным вариантом является применение обогащенной тромбоцитами плазмы, как среды с высоким содержанием активаторов ангиогенеза. Ограничениями данного лечебного метода являются высокая стоимость препаратов, действующим веществом которых являются факторы ангиогенеза, их побочные эффекты и риск усугубления проявлений избыточного ангиогенеза в отдельных тканях [4][36][39];

- генетическая регуляция факторов ангиогенеза.

МикроРНК, выявленные регуляторы ангиогенеза, в настоящее время активно исследуются в качестве перспективных терапевтических мишеней. Одним из методов воздействия на них является применение ингибиторов микроРНК (anti-miRs, “antagomirs”). Так, снижение уровня miR-92a соответствующим ингибитором увеличивало ангиогенез и заживление резаной раны в эксперименте на диабетических мышах [4][35][36][37];

- повышение уровня гемопоэтических стволовых клеток CD34b и стимуляция их дифференцировки.

Введение данных клеток способствует улучшению ангиогенеза за счет их дифференцировки в ЭК, что было продемонстрировано в эксперименте с заживлением кожных ран мышей. Следует отметить, что клетки больных СД менее эффективно дифференцируются, чем клетки здоровых, что является значительным ограничением данного метода. В настоящее время изучаются способы векторной стимуляции дифференцировки данных клеток с целью улучшения ангиогенеза [40][41];

- коррекция метаболизма клеток.

Аргинин — условно незаменимая аминокислота, играет важную роль в поддержании адекватной функции сосудистого эндотелия и, как следствие, регуляции сосудистого тонуса, гемодинамики, заживления ран и микроциркуляции. Пищевой аргинин — основной источник синтеза eNO. Диета, обогащенная аргинином, потенциально способна компенсировать недостаток данной аминокислоты у пациентов с СД. Показано, что введение аргинина дозозависимо стимулирует выработку NO, снижение АД, агрегации тромбоцитов, и при длительном введении — повышает чувствительность к инсулину и инсулино-опосредованную вазодилатацию. Высокие дозы аргинина могут иметь побочные эффекты, альтернативой может служить L-цитруллин [14][42].

Клинические данные подтверждают, что метформин обладает цитопротекторными эффектами относительно ЭК, важную роль в его фармакодинамике отводят восстановлению сигнального пути Hedgehog. Кроме того, метформин подавляет механизм аутофагии, который способны инициировать ингибиторы ангиогенеза [43][44].

Также определенный интерес представляют подходы ингибирования повышенного образования АФК. На примере применения синтетического аналога витамина E было показано снижение интенсивности перекисного окисления липидов. Сообщают о снижении содержания конъюгированного диена в образцах ран мышей с диабетом, получавших раксофеласт, гидрофильный антиоксидант, подобный витамину E. Кроме того, показано, что терапия раксофеластом значительно увеличивает экспрессию VEGF в кожных ранах мышей db/db и увеличивает плотность раневых капилляров, прочность на разрыв и содержание коллагена [14].

Таким образом, нарушение ангиогенеза как компонента репаративной регенерации у пациентов с СД представляет собой сложное многофакторное состояние. В качестве основных негативных звеньев здесь следует выделить дисфункцию клеток — участниц ангиогенеза (в первую очередь, ЭК, ПЭК и макрофагов) и формирование дисрегуляторных сигналов со стороны микроокружения (дисбаланс факторов ангиогенеза). Ключевым звеном патогенеза является гипергликемия. Коррекция повышенного уровня глюкозы в крови у пациентов с СД в настоящее время является наиболее обоснованным и рекомендованным к применению в клинической практике методом, однако уже определены иные перспективы в этом направлении. Во-первых, некоторые сахароснижающие препараты, например, метформин, наряду с основным эффектом также способны благоприятно влиять на процесс ангиогенеза. Во-вторых, активно проводятся исследования искусственной регуляции сигнальных процессов посредством экзогенного введения факторов ангиогенеза, изучается эффективность управления гипоксией, и, наконец, наиболее отдаленной перспективой является воздействие на метаболизм отдельных клеток с целью прерывания патологических цепей на уровне внутриклеточных обменных процессов.

Источники финансирования. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№24-25-00278, https://rscf.ru/project/24-25-00278/) на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Власова Т.И. — разработка базового дизайна исследования, контроль модификаций дизайна исследования; правка статьи, обобщение полученных данных; Мадонов К.С., Камалихин И.В. — модификация дизайна исследования в разделах, касающихся патофизиологических аспектов; написание второго и третьего разделов статьи; Данилова Я.А., Сардаева Д.Г. — модификация дизайна исследования в разделах, касающихся физиологических аспектов; написание первого раздела статьи.

Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.