Особенности экспрессии цистеиновых катепсинов B/K/L/S/V/Z в биопротезах клапанов сердца, эксплантированных по причине дисфункции

Обоснование. Биопротезы клапанов сердца (БП) подвержены протеолитической деградации в организме реципиентов, приводящей к развитию дисфункций этих медицинских изделий. Ранее было установлено, что в тканях функционирующих БП накапливаются агрессивные коллагеназы и эластазы семейства цистеиновых катепсинов, но пути их поступления в биоматериал остались неисследованными.
Цель: изучить паттерны локализации катепсинов B/K/L/S/V/Z в створках БП и выявить пути их поступления в биоткань.
Материал и методы. Нами изучено 5 БП, эксплантированных из митральной позиции при репротезировании клапанов. Средний срок функционирования БП составил 169 ± 31 мес. Посредством криотома готовили серийные срезы створок, отбирая сегменты с дегенеративными изменениями. В целях анализа состава и структуры биоматериала срезы окрашивали пентахромом по Расселу – Мовату. Для типирования инфильтрирующих БП клеток и детекции протеаз применяли иммуногистохимический метод, используя антитела к лейкоцитарным маркерам (CD3/19/45/68 и нейтрофильной миелопероксидазе) и катепсинам B/K/L/S/V/Z.
Результаты. При макроскопическом изучении эксплантированных БП выявлены дегенеративные изменения в створчатом аппарате, представленные разрывами и макрокальцификацией. В ходе микроскопического анализа створок отмечены признаки разрыхления и фрагментации коллагеновых волокон в поверхностных слоях, а также отсутствие эластических волокон и мукополисахаридов. На участках с дегенеративными изменениями присутствовали макрофагальные инфильтраты. Положительное окрашивание на катепсин B отмечено только в цитоплазме макрофагов. Окрашивание на катепсины K/L/S/V/Z наблюдали и в солокализации с иммунными клетками, и в бесклеточной ткани.
Заключение. Макрофаги, формирующие плотные инфильтраты в створках БП, производят все виды изученных катепсинов. Также катепсины K/L/S/V/Z обнаружены в бесклеточных участках ткани, что указывает на имбибицию этих протеаз из плазмы крови.

1. Funkat A.K., Beckmann A., Lewandowski J., Frie M., Schiller W., Ernst M. et al. Cardiac surgery in Germany during 2011: a report on behalf of the German Society for Thoracic and Cardiovascular Surgery. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2012;60(6):371–382. DOI: 10.1055/s-0032-1326724.

2. Isaacs A.J., Shuhaiber J., Salemi A., Isom O.W., Sedrakyan A. National trends in utilization and in-hospital outcomes of mechanical versus bioprosthetic aortic valve replacements. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2015;149(5):1262–1269.e3. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2015.01.052.

3. Siregar S., de Heer F., Groenwold R.H., Versteegh M.I., Bekkers J.A., Brinkman E.S. et al. Trends and outcomes of valve surgery: 16-year results of Netherlands Cardiac Surgery National Database. Eur. J. Cardiothorac Surg. 2014;46(3):386–397. DOI: 10.1093/ejcts/ezu017.

4. Head S.J., Çelik M., Kappetein A.P. Mechanical versus bioprosthetic aortic valve replacement. Eur. Heart J. 2017;38(28):2183–2191. DOI: 10.1093/eurheartj/ehx141.

5. Pibarot P., Dumesnil J.G. Prosthetic heart valves: selection of the optimal prosthesis and long-term management. Circulation. 2009; 119(7):1034–1048. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.108.778886.

6. Capodanno D., Petronio A.S., Prendergast B., Eltchaninoff H., Vahanian A., Modine T. et al. Standardized definitions of structural deterioration and valve failure in assessing long-term durability of transcatheter and surgical aortic bioprosthetic valves: a consensus statement from the European Association of Percutaneous Cardiovascular Interventions (EAPCI) endorsed by the European Society of Cardiology (ESC) and the European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS). Eur. Heart J. 2017;38(45):3382–3390. DOI: 10.1093/eurheartj/ehx303.

7. Dvir D., Bourguignon T., Otto C.M., Hahn R.T., Rosenhek R., Webb J.G. et al. Standardized definition of structural valve degeneration for surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves. Circulation. 2018;137(4):388–399. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.117.030729.

8. Cote N., Pibarot P., Clavel M.A. Incidence, risk factors, clinical impact, and management of bioprosthesis structural valve degeneration. Curr. Opin. Cardiol. 2017;32(2):123–129. DOI: 10.1097/HCO.0000000000000372.

9. Marro M., Kossar A.P., Xue Y., Frasca A., Levy R.J., Ferrari G. Noncalcific mechanisms of bioprosthetic structural valve degeneration. J. Am. Heart Assoc. 2021;10(3):e018921. DOI: 10.1161/JAHA.120.018921.

10. Shetty R., Pibarot P., Audet A., Janvier R., Dagenais F., Perron J. et al. Lipid-mediated inflammation and degeneration of bioprosthetic heart valves. Eur. J. Clin. Invest. 2009;39(6):471–480. DOI: 10.1111/j.1365-2362.2009.02132.x.

11. Simionescu A., Simionescu D.T., Deac R.F. Matrix metalloproteinases in the pathology of natural and bioprosthetic cardiac valves. Cardiovasc Pathol. 1996;5(6):323–332. DOI: 10.1016/s1054-8807(96)00043-9.

12. Костюнин А.Е., Глушкова Т.В., Шишкова Д.К., Маркова В.Е., Овчаренко Е.А. Скрининговый анализ протеолитических ферментов и их ингибиторов в створках эпоксиобработанных биопротезных клапанов сердца, эксплантированных по причине дисфункций. Биомедицинская химия. 2022;68(1):68–75. DOI: 10.18097/PBMC20226801068.

13. Fonovic M., Turk B. Cysteine cathepsins and extracellular matrix degradation. Biochim. Biophys. Acta. 2014;1840(8):2560–2570. DOI: 10.1016/j.bbagen.2014.03.017.

14. Soares J.S., Feaver K.R., Zhang W., Kamensky D., Aggarwal A., Sacks M.S. Biomechanical behavior of bioprosthetic heart valve heterograft tissues: characterization, simulation, and performance. Cardiovasc. Eng. Technol. 2016;7(4):309–351. DOI: 10.1007/s13239-016-0276-8.

15. Кудрявцева Ю.А. Биологические протезы клапана сердца. От идеи до клинического применения. Комплексные проблемы сердечнососудистых заболеваний. 2015;4:6–16. DOI: 10.17802/2306-1278-2015-4-6-16.

16. Margueratt S.D., Lee J.M. Stress state during fixation determines susceptibility to fatigue-linked biodegradation in bioprosthetic heart valve materials. Biomed. Sci. Instrum. 2002;38:145–150.

17. Zhuravleva I.Y., Karpova E.V., Oparina L.A., Poveschenko O.V., Surovtseva M.A., Titov A.T. et al. Cross-linking method using pentaepoxide for improving bovine and porcine bioprosthetic pericardia: a multiparametric assessment study. Materials Science and Engineering C: Materials for Biological Applications. 2021;118:111473. DOI: 10.1016/j.msec.2020.111473.

18. Manji R.A., Lee W., Cooper D.K.C. Xenograft bioprosthetic heart valves: past, present and future. Int. J. Surg. 2015;23(Pt B):280–284. DOI: 10.1016/j.ijsu.2015.07.009.

19. Костюнин А.Е., Резвова М.А. Роль остаточных ксеноантигенов в дегенерации ксеногенных биопротезов клапанов сердца. Иммунология. 2019;40(4):56–63. DOI: 10.24411/0206-4952-2019-14005.

20. Ding K., Zheng C., Huang X., Zhang S., Li M., Lei Y. et al. A PEGylation method of fabricating bioprosthetic heart valves based on glutaraldehyde and 2-amino-4-pentenoic acid co-crosslinking with improved antithrombogenicity and cytocompatibility. Acta Biomater. 2022;144:279–291. DOI: 10.1016/j.actbio.2022.03.026.