Роль полиморфизма генов коллагена в развитии заболеваний сердечно-сосудистой системы
Обоснование. Коллагеновые волокна – основной компонент большинства видов соединительной ткани, коллаген – наиболее распространенный белок в организме человека. Наиболее распространенные типы коллагена, обеспечивающие эластичность и жесткость ткани при регулярной механической нагрузке, – I и III. Субстратной основой изменений стенки сосудов являются врожденные или приобретенные изменения коллагена.Изможерова Н.В., Попов А.А., Шамбатов М.А., Тарасова Е.М., Бахтин В.М., Кадников Л.И.
Цель исследования: охарактеризовать современное понимание роли полиморфизма генов коллагена в развитии заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Методы. Статьи отбирались в поисковых системах системах PubMed, Google Scholar в период с февраля по май 2022 г. Для поиска использованы следующие ключевые слова: полиморфизм, коллаген, сосудистые заболевания, однонуклеотидный полиморфизм (SNP).
Результаты. Однонуклеотидные полиморфизмы rs2621215 в промоторных регионах генов 7q22.1 могут влиять на уровень экспрессии коллагена, повышая риск развития сосудистых аневризм.
Полиморфизм гена α1-цепи коллагена I типа COL1A1 (17q21.31 – q22) приводит к развитию заболеваний сердечно-сосудистой системы, связанных с повышением артериальной жесткости. Повышенная жесткость сосудов связана с дисфункцией эндотелия, повышением активности ангиотензин-превращающего фермента (АПФ). Это приводит к усилению синтеза ангиотензина II и активации ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС). Следствием нарушения функции эндотелия может быть не только снижение продукции NO, но и его ускоренная деградация и ремоделирование сосудов. Препараты, увеличивающие образование NO, такие как небиволол, позволяют уменьшать жесткость крупных артерий, снижать центральное АД, а также оказывают благоприятное воздействие на упругоэластические свойства артерий, что в свою очередь может приводить к снижению сердечно-сосудистого риска.
Тканевые эффекты ингибиторов АПФ восстанавливают функцию эндотелия, подавляют пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток, нейтрофилов и мононуклеарных клеток, снижают свободнорадикальное окисление. Воздействие на эндотелиальную дисфункцию, вероятно, связано с восстановлением метаболизма брадикинина.
Ген COL1A2 кодирует про-α2-цепи коллагена типа I, тройная спираль которого также состоит из двух α1-цепей и одной α2-цепи. Мутации в этом гене связаны с синдромом Элерса–Данло сердечно-клапанного типа. Мутации в гене COL3A1 вызывают сосудистый тип синдрома Элерса–Данло. При данном типе больные часто умирают внезапно из-за разрыва крупных артерий, аневризм сосудов вследствие уменьшения содержания нормального коллагена типа III в стенке сосуда.
Полиморфизм гена COL3A1 может влиять на прочность и растяжимость коллагеновых волокон и тем самым изменять качество соединительной ткани.
Заключение. Нарушение синтеза коллагена, и структуры и механических свойств сосудистой стенки может служить основной причиной сосудистых катастроф и реализовываться независимо от наличия традиционных факторов риска.
Ключевые слова
коллаген
межклеточный матрикс
полиморфизм гена COL1A1
эндотелий
сердечно-сосудистая система
дисплазия соединительной ткани
Список литературы
1. Kwak H.B. Aging, exercise, and extracellular matrix in the heart. J Exerc Rehabil. 2013;9(3):338–47. Doi: 10.12965/jer.130049.
2. Wang Z., Moult J. SNPs, protein structure, and disease. Hum Mutat. 2001;17(4):263–70. Doi: 10.1002/humu.22.
3. Ricard-Blum S. The collagen family. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011;3(1):a004978. Doi: 10.1101/cshperspect.a004978.
4. Theocharis A.D., Skandalis S.S., Gialeli C., Karamanos N.K. Extracellular matrix structure. Adv Drug Deliv Rev. 2016;97:4–27. Doi: 10.1016/j.addr.2015.11.001.
5. Brodsky B., Persikov A.V. Molecular structure of the collagen triple helix. Adv Protein Chem. 2005;70:301–39. Doi: 10.1016/S0065-3233(05)70009-7.
6. Wittig C., Szulcek R. Extracellular Matrix Protein Ratios in the Human Heart and Vessels: How to Distinguish Pathological From Physiological Changes? Front Physiol. 2021;12:708656. Doi: 10.3389/fphys.2021.708656.
7. Voss B., Rauterberg J. Localization of collagen types I, III, IV and V, fibronectin and laminin in human arteries by the indirect immunofluorescence method. Pathol Res Pract. 1986;181(5):568–75. Doi: 10.1016/S0344-0338(86)80151-0.
8. von der Mark K. Localization of collagen types in tissues. Int Rev Connect Tissue Res. 1981;9:265–24. Doi: 10.1016/b978-0-12-363709-3.50012-7.
9. Fleischmajer R., MacDonald E.D., Perlish J.S.,et al. Dermal collagen fibrils are hybrids of type I and type III collagen molecules. J Struct Biol. 1990;105(1–3):162–69. Doi: 10.1016/1047-8477(90)90110-x.
10. Myers P.R., Tanner M.A. Vascular endothelial cell regulation of extracellular matrix collagen: role of nitric oxide. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 1998;18(5):717–22. Doi: 10.1161/01.atv.18.5.717.
11. Lopez B., Gonzalez A., Diez J. Circulating biomarkers of collagen metabolism in cardiac diseases. Circulation. 2010;121(14):1645–54. Doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.912774.
12. Murad S., Grove D., Lindberg K.A., et al. Regulation of collagen synthesis by ascorbic acid. Proc Natl Acad Sci U S A. 1981;78(5):2879–82. Doi: 10.1073/pnas.78.5.2879.
13. Siwik D.A., Pagano P.J.,Colucci W. S. Oxidative stress regulates collagen synthesis and matrix metalloproteinase activity in cardiac fibroblasts. Am J Physiol Cell Physiol. 2001;280(1):C53–C60. Doi: 10.1152/ajpcell.2001.280.1.C53.
14. Prockop D.J., Kivirikko K.I., Tuderman L., Guzman N.A. The biosynthesis of collagen and its disorders. N Engl J Med. 1979;301(2):77–85. doi: 10.1056/NEJM197907123010204.
15. Karim M.A. Collagen metabolism and restenosis. Circulation. 1997;96(10):3802–05.
16. Powell R.J., Hydowski J., Frank O., et al. Endothelial cell effect on smooth muscle cell collagen synthesis. J Surg Res. 1997;69(1):113–18. Doi: 10.1006/jsre.1997.5045.
17. Gelse K., Poschl E., Aigner T. Collagens-structure, function, and biosynthesis. Adv Drug Deliv Rev. 2003;55(12):1531–46. Doi: 10.1016/j.addr.2003.08.002.
18. Varani J., Dame M.K., Rittie L., et al. Decreased collagen production: roles of age-dependent alteration in fibroblast function and defective mechanical stimulation. Am J Pathol. 2006;168(6):1861–68. Doi: 10.2353/ajpath.2006.051302.
19. Hollander A.P. Collagen degradation assays. Methods Mol Biol. 2010;622:367–78. Doi: 10.1007/978-1-60327-299-5_22.
20. Thijssen D.H., Carter S.E., Green D.J. Arterial structure and function in vascular ageing: are you as old as your arteries? J Physiol. 2016;594(8):2275–84. Doi: 10.1113/JP270597.
21. Rossert J.A., Garrett L.A. Regulation of type I collagen synthesis. Kidney Int Suppl. 1995;49:S34–S38.
22. Yamauchi M., Sricholpech M., Terajima M., Tomer K.B., Perdivara I. Glycosylation of Type I Collagen. Methods Mol Biol. 2019;1934:127–44. Doi: 10.1007/978-1-4939-9055-9_9.
23. Barnes M.J. Collagen polymorphism in the normal and diseased blood vessel wall. Atherosclerosis. 1983;46(2):249–51 Doi: 10.1016/0021-9150(83)90117-x.
24. Brull D.J., Murray L.J., Boreham C.A., et al. Effect of a COL1A1 Sp1 binding site polymorphism on arterial pulse wave velocity: an index of compliance. Hypertension. 2001;38(3):444–48. Doi: 10.1161/01.hyp.38.3.444.
25. Aroor A.R., Demarco V.G., Jia G., et al. The role of tissue Renin-Angiotensin-aldosterone system in the development of endothelial dysfunction and arterial stiffness. Front Endocrinol (Lausanne). 2013;4:161. Doi: 10.3389/fendo.2013.00161.
26. McEniery C.M., Schmitt M., Qasem A., et al. Nebivolol increases arterial distensibility in vivo. Hypertension. 2004;44(3):305–10. Doi: 10.1161/01.HYP.0000137983.45556.6e.
27. Belous A.S., Pokrovskii M.V., Pokrovskaya T.G., et al. Correction of endothelial dysfunction with impaza preparation in complex with enalapril and losartan during modeling of NO deficiency. Bull Exp Biol Med. 2009;148(3):511–13. Doi: 10.1007/s10517-010-0750-5.
28. Berkenboom G., Langer I., Carpentier Y., et al. Ramipril prevents endothelial dysfunction induced by oxidized low-density lipoproteins: a bradykinin-dependent mechanism Hypertension. 1997;30:371–76. Doi: 10.1161/01.hyp.30.3.371.
29. Sansilvestri-Morel P., Rupin A., Jullien N.D., et al. Decreased production of collagen Type III in cultured smooth muscle cells from varicose vein patients is due to a degradation by MMPs: possible implication of MMP-3. J Vasc Res. 2005;42(5):388–98. Doi: 10.1159/000087314.
30. Vouyouka A.G., Pfeiffer B.J., Liem T.K. The role of type I collagen in aortic wall strength with a homotrimeric
31. Zerfu T., Yong B., Harrington J., Howard A. Does the Skeletal Phenotype of Osteogenesis Imperfecta Differ for Patients With Non-COL1A1/2 Mutations? A Retrospective Study in 113 Patients. J Pediatr Orthop. 2022;42(5):e507–14. Doi: 10.1097/BPO.0000000000002116.
32. Kuivaniemi H., Tromp G. Type III collagen (COL3A1): Gene and protein structure, tissue distribution, and associated diseases. Gene. 2019;707:151–71. Doi: 10.1016/j.gene.2019.05.003.
33. Katsuno-Kambe H., Teo J.L., Ju R.J., et alS. Collagen polarization promotes epithelial elongation by stimulating locoregional cell proliferation. Elife. 2021;10:e67915. Doi: 10.7554/eLife.67915.
34. Robb-Smith A.H., Dowling G.B. Discussion on the collagen vascular diseases. Proc R Soc Med. 1952;45(12):811–20.
35. van den Berg J.S., Limburg M., Kappelle L.J.,et al. The role of type III collagen in spontaneous cervical arterial dissections. Ann Neurol. 1998;43(4):494–98. Doi: 10.1002/ana.410430413.
36. Zeigler S.M., Sloan B., Jones J.A. Pathophysiology and Pathogenesis of Marfan Syndrome. Adv Exp Med Biol. 2021;1348:185–206. Doi: 10.1007/978-3-030-80614-9_8.
37. Laurent G.J. Dynamic state of collagen: pathways of collagen degradation in vivo and their possible role in regulation of collagen mass. Am J Physiol. 1987;252(1 Pt 1):C1–C9. Doi: 10.1152/ajpcell.1987.252.1.C1.
Об авторах / Для корреспонденции
Автор для связи: Надежда Владимировна Изможерова, д.м.н., доцент, зав. кафедрой фармакологии и клинической фармакологии, Уральский государственный медицинский университет, Главный внештатный специалист-клинический фармаколог Министерства здравоохранения Свердловской области, Екатеринбург, Россия; nadezhda_izm@mail.ru
ORCID:
Изможерова Н.В. (N.V. Izmozherova), https://orcid.org/0000-0001-7826-9657
Попов А.А. (A.A. Popov), https://orcid.org/0000-0001-6216-2468
Шамбатов М.А. (M.A. Shambatov), https://orcid.org/0000-0001-7312-415X
Тарасова Е.М. (E.M. Tarasova), https://orcid.org/0000-0001-9068-0924
Бахтин В.М. (V.M. Bakhtin), https://orcid.org/0000-0001-7907-2629
Кадников Л.И. (L.I. Kadnikov), https://orcid.org/0000-0002-2623-2657
Также по теме
