Как связано острое воспаление с восстановлением сердечной функции
Несмотря на то, что механизм действия стволовых клеток недостаточно изучен, клеточная терапия показала воодушевляющие результаты в доклинических экспериментах. Это стало новой надеждой для многих исследователей, бьющихся над способом повернуть время вспять и заставить сердце регенерировать. Но, возможно, стоит посмотреть на эту ситуацию под другим углом?
Тренды в науке
Первичные исследования показали влияние стволовых клеток взрослого организма на регенерацию сердца в виде продукции кардиомиоцитов de novo. Это открытие спровоцировало быстрый переход к клиническим исследованиям с применением данных клеток, но результаты не были столь очевидны. Возможно, такие результаты были следствием неэффективного дизайна, так как большинство прогениторов погибло непосредственно в тканях через несколько дней после инъекции. Однако, число исследований по этому вопросу только растет, и появляются новые методы клеточной терапии.
Рис. 1. Степень восстановления после ишемии в сердце, инъецированном стволовыми клетками (MNC) или физиологическим раствором. Гистологический срез, окраска пикросириус красный на фиброз в миокарде
Учёные факультета педиатрии университета Цинциннати также взялись за изучение этого вопроса и опубликовали результаты своей работы в журнале Nature. У мышей индуцировали инфаркт миокарда с помощью ишемии с последующей реперфузией, после чего было произведено инъецирование стволовыми клетками. Первым морфологическим проявлением было острое воспаление, сопровождающееся повышением концентрации CD68+ макрофагов в области инъекции. Далее наблюдалось повышение числа эндотелиоцитов и как следствие формирование капилляров, что привело к улучшению сердечной функции.
Но как?
Прежде чем говорить о том, как коррелирует повышение числа макрофагов и эндотелиоцитов, хотелось бы обсудить некоторые другие гипотезы того, как стволовые клетки вызывают улучшение сердечной функции. В статье было упомянуто, что были произведены дополнительные исследования, доказавшие спорность так называемой теории паракринного воздействия, то есть выработки защитных ростовых факторов и различных видов РНК. И как показал метод иммуногистохимии, значительного паракринного влияния введенных прогениторов на пролиферацию кардиомиоцитов и на их клеточный цикл не наблюдалось. Индукция эндогенных стволовых клеток c-Kit+ для дальнейшей их дифференцировки также не показала значимых результатов.
Учитывая относительно недолгую «жизнь» стволовых клеток в тканях сердца после их введения, существует гипотеза иммунного влияния на восстановление сердечной функции. Для ее проверки авторы статьи использовали зимозан, мощный внеклеточный активатор врождённого иммунитета.
И все же?
После введения иммуногенных факторов (стволовых клеток и зимозана) в повреждённых тканях закономерно повышалась концентрация CD68+ макрофагов в области инъекции (рис. 2). Среди них были определены группы, отвечающих за индукцию воспаления(CCR2+), иммуномодуляцию и заживление (CX3CR1+, CCR2-).
Рис. 2. Конфокальные микрофотографии макрофагов пограничной зоны инфаркта (CCR2 — красным, CX3CR1 — зелёным) через 3 дня и через 2 недели после ишемии и реперфузии (I/R)
Затем с помощью иммуногистохимии было обнаружено ремоделирование внеклеточного матрикса (ECM) в зоне травмы и в пограничной зоне (рис. 3). Методом проточной масс-спектрометрии было зарегистрировано усиление экспрессии фибробластами α-актина гладких мышц (Acta2 / αSMA), лизилоксидазы (Lox) и коллагена1α2 (Col1a2) под воздействием макрофагов CCR2+. Другой вид (CX3CR1+) увеличивал экспрессию фактора роста фибробластов, что в конечном итоге приводило к ресинтезу межклеточного матрикса и ангиогенезу. Аналогичные результаты наблюдались и при введении иммуногенов без предварительного повреждения.
Рис.3. Конфокальные микрофотографии коллагеновых фибрилл внектеточного матрикса (ЕСМ) без клеток, а также с внедрёнными макрофагами красного костного мозга (BMDM) и перитонеальными макрофагами (PM)
Стоит упомянуть, что схожий эффект наблюдался при воздействии мертвыми стволовыми клетками и зимозаном, что указывает на то, что вызван он не паракринной передачей сигналов, а именно их иммуногенными свойствами.
Примечательно, что при воздействии циклоспорином A, иммунодепрессантом широкого действия, а также у иммунодефицитных животных восстановление сердечной функции после ишемии и реперфузии было снижено.
В итоге…
Собрав воедино представленные выше данные, авторы предполагают, что именно макрофаги групп CCR2+ и CX3CR1+ обеспечивают функциональное омоложение сердца после ишемии и реперфузии. Внутрисердечная инъекция взрослых стволовых клеток способствует локальному накоплению CCR2+ и CX3CR1+ в периинфарктной области сердца, что вызывает изменение активности фибробластов, уменьшении содержания внеклеточного матрикса в пограничной зоне и улучшении механических свойств поврежденного участка. Таким образом, функциональная польза сердечно-клеточной терапии заключена в остром воспалительном ответе, способствующем активации регенеративных свойств сердца.
Оригинал статьи:
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1802-2
Перевод и адаптация: Качанова Ольга Сергеевна, студент 2 курса ИМО