Макрофаги допомагають новонародженим мишам відновлювати серце

Ще у 1974 році дослідники спостерігали, що серця саламандр повністю загоюються після травми, що стало одним із перших задокументованих випадків серцевої регенерації. Через кілька десятиліть вчені продемонстрували, що даніо-реріо та аксолотлі також можуть регенерувати свої пошкоджені серця.

У той час як ці тварини зберігають здатність до регенерації протягом усього дорослого життя, більшість ссавців, включаючи мишей та людей, втрачають цю здатність незабаром після народження. Науковці зацікавлені у визначенні причин, чому дорослі організми не можуть загоювати свої серця після серцевого нападу без утворення рубцевої тканини.

Попередні дослідження деяких груп виявили, що макрофаги відіграють важливу роль у регенерації серця новонароджених. «Загалом ми мали уявлення, що макрофаги новонароджених відрізняються від макрофагів дорослих», — сказав Коннор Ланц, біоінформатик з Північно-Західного університету. «Але я не думаю, що ми мали будь-яке уявлення про те, які молекулярні гравці стоять за цим».

Тепер Ланц та його команда показали, що макрофаги в серцях новонароджених мишей усувають відмираючі клітини, запускаючи каскад сигналів, що призводить до проліферації клітин серцевого м'яза, дозволяючи пошкодженому серцевому м'язу регенерувати. Ця реакція була відсутня у дорослих мишей. Результати, опубліковані в журналі Immunity, висвітлюють імунометаболічний механізм, який впливає на вікозалежну регенерацію серця, і пропонують потенційну терапевтичну мішень для покращення відновлення серцевої тканини у дорослих.

«Їхні результати дуже захоплюючі», — сказала Надія Розенталь, дослідниця розвитку та регенерації серця з Джексонської лабораторії, яка не брала участь у дослідженні. «[Результати] дозволяють вам почати точно визначати, де відбуваються реальні зміни від новонародженого до дорослого».

Щоб дослідити вікозалежну реакцію після серцевої травми, Ланц та його команда хірургічно перев'язали коронарні артерії у одноденних новонароджених та восьмитижневих дорослих мишей. Тоді як нейтрофіли, моноцити та макрофаги накопичувалися в серцях дорослих, лише макрофаги збиралися в серцях новонароджених.

Секвенування РНК окремих клітин виявило, що популяції макрофагів, зібрані в серцях дорослих та новонароджених після травми, були різними: макрофаги у новонароджених експресували гени, пов'язані з серцевою регенерацією та розвитком, тоді як макрофаги у дорослих експресували гени, пов'язані з міграцією клітин та проліферацією фібробластів.

Ланц та його команда проаналізували міжклітинні комунікаційні мережі за допомогою біоінформатичного інструменту для порівняння сигналізації макрофагів у серцях новонароджених та дорослих. Порівняно з дорослими, серця новонароджених показали посилену сигналізацію білків, пов'язаних з ефероцитозом, або поглинанням відмираючих клітин макрофагами.

Щоб дослідити, чи впливає ефероцитоз на регенерацію серця, Ланц та його команда видалили рецептор мієлоїдно-епітеліально-репродуктивної тирозинкінази (MerTK) на макрофагах, який опосередковує ефероцитоз шляхом розпізнавання відмираючих клітин. Через три тижні після серцевої травми новонароджені миші дикого типу, які могли здійснювати ефероцитоз, повністю відновили функцію серця з мінімальним рубцюванням. Навпаки, новонароджені миші, яким бракувало Mertk, виявляли рубцювання та знижену функцію серця.

Мас-спектрометрія виявила, що порівняно з серцями з дефіцитом Mertk, макрофаги з серця новонароджених дикого типу демонстрували посилений метаболізм жирних кислот. Зокрема, Ланц та його команда спостерігали підвищені кількості тромбоксану А2, продукту метаболізму арахідонової кислоти, після серцевої травми. Навпаки, рівні тромбоксану А2 знижувалися в макрофагах з сердець новонароджених мишей, яким бракувало Mertk, та дорослих мишей після травми, вказуючи на вікозалежний та MerTK-залежний метаболізм арахідонової кислоти в серцях.

Культивовані клітини серцевого м'яза, або кардіоміоцити, оброблені молекулою, що імітує тромбоксан А2, показали підвищену проліферацію, що свідчить про те, що тромбоксан А2, похідний від макрофагів, індукує проліферацію кардіоміоцитів.

Обробка кардіоміоцитів супернатантом, отриманим від макрофагів після ефероцитозу, що містить молекули, секретовані макрофагами, індукувала їх проліферацію. Макрофаги з дефіцитом тромбоксану А2 не викликали цього ефекту, підтверджуючи, що тромбоксан А2, секретований новонародженими макрофагами після поглинання мертвих клітин, запускає проліферацію кардіоміоцитів.

«Це було несподіванкою», — сказав Ланц, який не очікував, що метаболізм біоактивних ліпідів буде залучений у регенерацію кардіоміоцитів новонароджених. «Це було досить круто».

Зрештою, дослідники намагалися зрозуміти механізм, за допомогою якого тромбоксан А2 діє на кардіоміоцити. Вони зосередилися на відомому регуляторі проліферації кардіоміоцитів у серцях новонароджених, званому HIPPO-yes-асоційованим білком (YAP). Вони спостерігали, що кардіоміоцити, що межують з серцевою травмою в серцях новонароджених, накопичували YAP. Білок також концентрувався в культивованих кардіоміоцитах, оброблених міметиком тромбоксану А2, натякаючи на молекулярний механізм, де макрофаги секретують тромбоксан А2 після ефероцитозу в пошкоджених серцях для модуляції проліферації сусідніх кардіоміоцитів через сигналізацію YAP.

«Це надзвичайно захоплююче, оскільки це дає вам більше уявлення про те, як регенерація серця могла б бути реактивована, можливо, у дорослих», — сказала Розенталь. Вона додала, що на відміну від мишей, люди експресують дві ізоформи тромбоксану А2, але результати спрямовують дослідників у правильному напрямку для маніпуляції відновленням серцевої тканини.

Розенталь зазначила, що попередні дослідження, проведені нею та іншими, виявили, що генетично різноманітні миші мають різні реакції на серцеві напади, подібно до того, як люди реагують по-різному, що свідчить про необхідність додаткових досліджень для того, щоб побачити, як результати переносяться на людей.

Використовуючи загальнодоступні набори даних, Ланц виявив, що людські серця експресують MERTK та ген, що кодує фермент, який синтезує тромбоксан А2. «Тож я думаю, що тут є дані, які можна перенести». Але загальна картина складніша, зазначив він. «Ми зосереджуємося на цьому одному шляху, який необхідний для регенерації, але є багато інших речей, які також повинні відбуватися для повної регенерації».

Окрім застосування в розробці терапевтичних засобів, і Ланц, і Розенталь відзначили, що результати піднімають важливі питання про те, чому ця сигналізація втрачається незабаром після народження. «Є щось, що з віком… викликає зміну, і тепер це призводить [макрофаги] до того, щоб бути більш прозапальними», — сказав Ланц. «Я думаю, що це наступне питання. Спроба з'ясувати, чому».