Молекулярные маркеры фиброза при постинфарктном ремоделировании миокарда
Аннотация
Несмотря на высокую распространенность и клиническую значимость фиброза миокарда, молекулярно-генетические факторы его реализации в постинфарктном периоде остаются предметом дискуссий.
Цель. Выявление молекулярных маркеров фиброза миокарда при его постинфарктном ремоделировании.
Материалы и методы. При проведении плановой коронаровентрикулографии выполнялась эндомиокардиальная биопсия миокарда пораженных и интактных областей межжелудочковой перегородки со стороны правого желудочка 7 пациентов с перенесенным передним распространенным инфарктом миокарда. Получены биоптаты фиброзированного и прилежащего здорового миокарда, которые были механически разделены на два равных сегмента и подвергнуты: 1) гомогенизации с последующим выделением РНК, синтезом кД-НК и анализом генной экспрессии при помощи количественной полимеразной цепной реакции; 2) фиксации в формалине и заключению в парафин с дальнейшим окрашиванием по ван Гизону для гистологической верификации фиброза.
Результаты. Обнаружено, что экспрессия генов ACTA2, VIM, CTGF, COL1A1, TGFB1, TGFBR1, AGTR1, CCL2 и TNF в фиброзированном миокарде более чем в три раза выше, чем в прилежащем здоровом миокарде, что может отражать активный синтез белков экстрацеллюлярного матрикса миофибробластами, дифференцирующимися из синтетически неактивных фибробластов в процессе развития фиброза миокарда, который сопровождается асептическим воспалением.
Заключение. Впервые показано, что гены AGTR1, CCL2 и TNF могут быть вовлечены в развитие фиброза у пациентов после перенесенного инфаркта миокарда; подтверждена значимость генов ACTA2, VIM, CTGF, COL1A1, TGFB1 и TGFBR1 для этого патологического процесса.
Об авторах
О. Л. БарбарашРоссия
Барбараш Ольга Леонидовна, доктор медицинских наук, член-корреспондент РАН, директор
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
А. Г. Кутихин
Россия
Кутихин Антон Геннадьевич, кандидат медицинских наук,
заведующий лабораторией молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Т. Б. Печерина
Россия
Печерина Тамара Борзалиевна, кандидат медицинских наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории патологии кровообращения отдела клинической кардиологии
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Р. С. Тарасов
Россия
Тарасов Роман Сергеевич, доктор медицинских наук, заведующий лабораторией рентгенэндоваскулярной и реконструктивной хирургии сердца и сосудов отдела хирургии сердца и сосудов
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
В. В. Кашталап
Россия
Кашталап Василий Васильевич, доктор медицинских наук, доцент, заведующий отделом клинической кардиологии
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Н. В. Федорова
Россия
Федорова Наталья Васильевна, кандидат медицинских наук, врач-кардиолог, заведующая консультативно-диагностическим отделением
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Л. А. Богданов
Россия
Богданов Лев Александрович, младший научный сотрудник
лаборатории фундаментальных аспектов атеросклероза отдела
экспериментальной медицины
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
О. Н. Хрячкова
Россия
Хрячкова Оксана Николаевна, кандидат биологических наук,
младший научный сотрудник лаборатории геномной медицины отдела экспериментальной медицины
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Д. Ю. Седых
Россия
Седых Дарья Юрьевна, кандидат медицинских наук, научный
сотрудник лаборатории патологии кровообращения отдела
клинической кардиологии
650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Список литературы
1. Travers JG, Kamal FA, Robbins J, Yutzey KE, Blaxall BC. Cardiac Fibrosis: The Fibroblast Awakens. Circ Res. 2016;118(6):1021-1040. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.115.306565
2. Talman V, Ruskoaho H. Cardiac fibrosis in myocardial infarction-from repair and remodeling to regeneration. Cell Tissue Res. 2016;365(3):563-581. https://doi.org/10.1007/s00441-016-2431-9
3. Bui AL, Horwich TB, Fonarow GC. Epidemiology and risk profile of heart failure. Nat Rev Cardiol. 2011;8(1):30-41. https://doi.org/10.1038/nrcardio.2010.165
4. Bing R, Dwec MR. Myocardial fibrosis: why image, how to image and clinical implications. Heart. 2019;105:1832-1840. https://doi.org/10.1136/heartjnl-2019-315560
5. Leask A. Getting to the heart of the matter: new insights into cardiac fibrosis. Circ Res. 2015;116(7):1269-1276. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.305381
6. Kong P, Christia P, Frangogiannis NG. The pathogenesis of cardiac fibrosis. Cell Mol Life Sci. 2014;71(4):549-574. https://doi.org/10.1007/s00018-013-1349-6
7. Tallquist MD. Cardiac Fibroblast Diversity. Annu Rev Physiol. 2020;82:63-78. https://doi.org/10.1146/annurev-physiol-021119-034527
8. Tian J, An X, Niu L. Myocardial fibrosis in congenital and pediatric heart disease. Exp Ther Med. 2017;13(5):1660-1664. https://doi.org/10.3892/etm.2017.4224
9. López B, González A, Ravassa S, Beaumont J, Moreno MU, San José G, Querejeta R, Díez J. Circulating Biomarkers of Myocardial Fibrosis: The Need for a Reappraisal. J Am Coll Cardiol. 2015;65(22):2449-2456. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2015.04.026
10. Heymans S, González A, Pizard A, Papageorgiou AP, López-Andrés N, Jaisser F, Thum T, Zannad F, Díez J. Searching for new mechanisms of myocardial fibrosis with diagnostic and/or therapeutic potential. Eur J Heart Fail. 2015;17(8):764-771. https://doi.org/10.1002/ejhf.312
11. Roubille F, Busseuil D, Merlet N, Kritikou EA, Rhéaume E, Tardif JC. Investigational drugs targeting cardiac fibrosis. Expert Rev Cardiovasc Ther. 2014;12(1):111-125. https://doi.org/10.1586/14779072.2013.839942
12. Fan Z, Guan J. Antifibrotic therapies to control cardiac fibrosis. Biomater Res. 2016;20:13. https://doi.org/10.1186/s40824-016-0060-8
13. Kockova R, Kacer P, Pirk J, Maly J, Sukupova L, Sikula V, Kotrc M, Barciakova L, Honsova E, Maly M, Kautzner J, Sedmera D, Penicka M. Native T1 Relaxation Time and Extracellular Volume Fraction as Accurate Markers of Diffuse Myocardial Fibrosis in Heart Valve Disease-Comparison With Targeted Left Ventricular Myocardial Biopsy. Circ J. 2016;80(5):1202-1209. https://doi.org/10.1253/circj.CJ-15-1309
14. Liu CY, Heckbert SR, Lai S, Ambale-Venkatesh B, Ostovaneh MR, McClelland RL, Lima JAC, Bluemke DA. Association of Elevated NT-proBNP With Myocardial Fibrosis in the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA). J Am Coll Cardiol. 2017;70(25):3102-3109. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2017.10.044
15. Lurz JA, Luecke C, Lang D, Besler C, Rommel KP, Klingel K, Kandolf R, Adams V, Schöne K, Hindricks G, Schuler G, Linke A, Thiele H, Gutberlet M, Lurz P. CMR-Derived Extracellular Volume Fraction as a Marker for Myocardial Fibrosis: The Importance of Coexisting Myocardial Inflammation. JACC Cardiovasc Imaging. 2018;11(1):38-45. https://doi.org/10.1016/j.jcmg.2017.01.025
16. Cavalera M, Wang J, Frangogiannis NG. Obesity, metabolic dysfunction, and cardiac fibrosis: pathophysiological pathways, molecular mechanisms, and therapeutic opportunities. Transl Res. 2014;164(4):323-35. https://doi.org/10.1016/j.trsl.2014.05.001
17. Souders CA, Bowers SL, Baudino TA. Cardiac fibroblast: the renaissance cell. Circ Res. 2009;105(12):1164-1176. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.109.209809
18. Porter KE, Turner NA. Cardiac fibroblasts: at the heart of myocardial remodeling. Pharmacol Ther. 2009;123(2):255-278. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2009.05.002
19. Dobaczewski M, Bujak M, Li N, Gonzalez-Quesada C, Mendoza LH, Wang XF, Frangogiannis NG. Smad3 signaling critically regulates fibroblast phenotype and function in healing myocardial infarction. Circ Res. 2010;107(3):418-428. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.109.216101
20. Krishnan P, Purushothaman KR, Purushothaman M, Turnbull IC, Tarricone A, Vasquez M, Jain S, Baber U, Lascano RA, Kini AS, Sharma SK, Moreno PR. Enhanced neointimal fibroblast, myofibroblast content and altered extracellular matrix composition: Implications in the progression of human peripheral artery restenosis. Atherosclerosis. 2016;251:226-233. https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2016.06.046
21. See F, Thomas W, Way K, Tzanidis A, Kompa A, Lewis D, Itescu S, Krum H. P38 mitogen-activated protein kinase inhibition improves cardiac function and attenuates left ventricular remodeling following myocardial infarction in the rat. J Am Coll Cardiol. 2004;44(8):1679-1689. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2004.07.038
22. Turner NA, Porter KE, Smith WH, White HL, Ball SG, Balmforth AJ. Chronic beta2-adrenergic receptor stimulation increases proliferation of human cardiac fibroblasts via an autocrine mechanism. Cardiovasc Res. 2003;57(3):784-792. https://doi.org/10.1016/s0008-6363(02)00729-0
23. Katwa LC. Cardiac myofibroblasts isolated from the site of myocardial infarction express endothelin de novo. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2003;285(3):H1132-9. https://doi.org/10.1152/ajpheart.01141.2002
24. Hafizi S, Wharton J, Chester AH, Yacoub MH. Profibrotic effects of endothelin-1 via the ETA receptor in cultured human cardiac fibroblasts. Cell Physiol Biochem. 2004;14(4-6):285-292. https://doi.org/10.1159/000080338
25. Gao X, He X, Luo B, Peng L, Lin J, Zuo Z. Angiotensin II increases collagen I expression via transforming growth factor-beta1 and extracellular signal-regulated kinase in cardiac fibroblasts. Eur J Pharmacol. 2009;606(1-3):115-120. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2008.12.049
26. Chen XQ, Liu X, Wang QX, Zhang MJ, Guo M, Liu F, Jiang WF, Zhou L. Pioglitazone inhibits angiotensin II-induced atrial fibroblasts proliferation via NF-kB/TGF-β1/TRIF/TRAF6 pathway. Exp Cell Res. 2015;330(1):43-55. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2014.08.021
27. Li J, Philip JL, Xu X, Theccanat T, Abdur Razzaque M, Akhter SA. Beta-arrestins regulate human cardiac fibroblast transformation and collagen synthesis in adverse ventricular remodeling. J Mol Cell Cardiol. 2014;76:73-83. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2014.08.006
28. Small EM, Thatcher JE, Sutherland LB, Kinoshita H, Gerard RD, Richardson JA, Dimaio JM, Sadek H, Kuwahara K, Olson EN. Myocardinrelated transcription factor-a controls myofibroblast activation and fibrosis in response to myocardial infarction. Circ Res. 2010;107(2):294-304. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.110.223172
29. Weng X, Yu L, Liang P, Chen D, Cheng X, Yang Y, Li L, Zhang T, Zhou B, Wu X, Xu H, Fang M, Gao Y, Chen Q, Xu Y. Endothelial MRTF-A mediates angiotensin II induced cardiac hypertrophy. J Mol Cell Cardiol. 2015;80:23-23. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2014.11.009
30. Dewald O, Zymek P, Winkelmann K, Koerting A, Ren G, Abou-Khamis T, Michael LH, Rollins BJ, Entman ML, Frangogiannis NG. CCL2/ Monocyte Chemoattractant Protein-1 regulates inflammatory responses critical to healing myocardial infarcts. Circ Res. 2005;96(8):881-889. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000163017.13772.3a
31. Mitchell MD, Laird RE, Brown RD, Long CS. IL-1beta stimulates rat cardiac fibroblast migration via MAP kinase pathways. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2007;292(2):H1139-47. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00881.2005
32. Banerjee I, Fuseler JW, Intwala AR, Baudino TA. IL-6 loss causes ventricular dysfunction, fibrosis, reduced capillary density, and dramatically alters the cell populations of the developing and adult heart. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009;296(5):H1694-704. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00908.2008
33. Christia P, Bujak M, Gonzalez-Quesada C, Chen W, Dobaczewski M, Reddy A, Frangogiannis NG. Systematic characterization of myocardial inflammation, repair, and remodeling in a mouse model of reperfused myocardial infarction. J Histochem Cytochem. 2013;61(8):555-570. https://doi.org/10.1369/0022155413493912
34. Duerrschmid C, Crawford JR, Reineke E, Taffet GE, Trial J, Entman ML, Haudek SB. TNF receptor 1 signaling is critically involved in mediating angiotensin-II-induced cardiac fibrosis. J Mol Cell Cardiol. 2013;57:59-67. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2013.01.006
35. Rosin NL, Falkenham A, Sopel MJ, Lee TD, Legare JF. Regulation and role of connective tissue growth factor in angii-induced myocardial fibrosis. Am J Pathol. 2013;182(3):714-726. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2012.11.014
36. Zhao W, Zhao T, Huang V, Chen Y, Ahokas RA, Sun Y. Platelet-derived growth factor involvement in myocardial remodeling following infarction. J Mol Cell Cardiol. 2011;51(5):830-838. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2011.06.023
37. Liu C, Zhao W, Meng W, Zhao T, Chen Y, Ahokas RA, Liu H, Sun Y. Platelet-derived growth factor blockade on cardiac remodeling following infarction. Mol Cell Biochem. 2014;397(1-2):295-304. https://doi.org/10.1007/s11010-014-2197-x
38. Tzanidis A, Hannan RD, Thomas WG, Onan D, Autelitano DJ, See F, Kelly DJ, Gilbert RE, Krum H. Direct actions of urotensin II on the heart: implications for cardiac fibrosis and hypertrophy. Circ Res. 2003;93(3):246-253. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000084382.64418.BC
39. Maleszewski JJ, Rihal CS. Current status of endomyocardial biopsy. Mayo Clin Proc. 2011;86(11):1095-1102. https://doi.org/10.4065/mcp.2011.0296
40. Luo J, Chen X, Luo C, Lu G, Peng L, Gao X, Zuo Z. Hydrochlorothiazide modulates ischemic heart failure-induced cardiac remodeling via inhibiting angiotensin II type 1 receptor pathway in rats. Cardiovasc Ther. 2017;35(2). https://doi.org/10.1111/1755-5922.12246
41. Duerrschmid C, Trial J, Wang Y, Entman ML, Haudek SB. Tumor necrosis factor: a mechanistic link between angiotensin-II-induced cardiac inflammation and fibrosis. Circ Heart Fail. 2015;8(2):352-61. https://doi.org/10.1161/CIRCHEARTFAILURE.114.001893
42. Sun M, Chen M, Dawood F, Zurawska U, Li JY, Parker T, Kassiri Z, Kirshenbaum LA, Arnold M, Khokha R, Liu PP. Tumor necrosis factoralpha mediates cardiac remodeling and ventricular dysfunction after pressure overload state. Circulation. 2007;115(11):1398-407. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.643585
43. Jobe LJ, Meléndez GC, Levick SP, Du Y, Brower GL, Janicki JS. TNFalpha inhibition attenuates adverse myocardial remodeling in a rat model of volume overload. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009;297(4):H1462-8. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00442.2009
44. Berry MF, Woo YJ, Pirolli TJ, Bish LT, Moise MA, Burdick JW, Morine KJ, Jayasankar V, Gardner TJ, Sweeney HL. Administration of a tumor necrosis factor inhibitor at the time of myocardial infarction attenuates subsequent ventricular remodeling. J Heart Lung Transplant. 2004;23(9):1061-1068. https://doi.org/10.1016/j.healun.2004.06.021
45. Dunlay SM, Weston SA, Redfield MM, Killian JM, Roger VL. Tumor necrosis factor-alpha and mortality in heart failure: a community study. Circulation. 2008;118(6):625-631. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.107.759191
46. Sivasubramanian N, Coker ML, Kurrelmeyer KM, MacLellan WR, De-Mayo FJ, Spinale FG, Mann DL. Left ventricular remodeling in transgenic mice with cardiac restricted overexpression of tumor necrosis factor. Circulation. 2001;104(7):826-831. doi: https://doi.org/10.1161/hc3401.093154
47. Li YY, Feng YQ, Kadokami T, McTiernan CF, Draviam R, Watkins SC, Feldman AM. Myocardial extracellular matrix remodeling in transgenic mice overexpressing tumor necrosis factor alpha can be modulated by anti-tumor necrosis factor alpha therapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000;97(23):12746-12751. https://doi.org/10.1073/pnas.97.23.12746
48. Frangogiannis NG, Dewald O, Xia Y, Ren G, Haudek S, Leucker T, Kraemer D, Taffet G, Rollins BJ, Entman ML. Critical role of monocyte chemoattractant protein-1/CC chemokine ligand 2 in the pathogenesis of ischemic cardiomyopathy. Circulation. 2007;115(5):584-92. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.646091
49. Hayashidani S, Tsutsui H, Shiomi T, Ikeuchi M, Matsusaka H, Suematsu N, Wen J, Egashira K, Takeshita A. Anti-monocyte chemoattractant protein-1 gene therapy attenuates left ventricular remodeling and failure after experimental myocardial infarction. Circulation. 2003;108(17):2134-2140. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000092890.29552.22
50. Kuwahara F, Kai H, Tokuda K, Takeya M, Takeshita A, Egashira K, Imaizumi T. Hypertensive myocardial fibrosis and diastolic dysfunction: another model of inflammation? Hypertension. 2004;43(4):739-745. https://doi.org/10.1161/01.HYP.0000118584.33350.7d
51. Hohensinner PJ, Rychli K, Zorn G, Hülsmann M, Berger R, Mörtl D, Richter B, Huber K, Wojta J, Pacher R, Niessner A. Macrophage-modulating cytokines predict adverse outcome in heart failure. Thromb Haemost. 2010;103(2):435-441. https://doi.org/10.1160/TH09-06-0399
52. Maekawa N, Wada H, Kanda T, Niwa T, Yamada Y, Saito K, Fujiwara H, Sekikawa K, Seishima M. Improved myocardial ischemia/reperfusion injury in mice lacking tumor necrosis factor-alpha. J Am Coll Cardiol. 2002;39(7):1229-1235. https://doi.org/10.1016/s0735-1097(02)01738-2
53. Deswal A, Bozkurt B, Seta Y, Parilti-Eiswirth S, Hayes FA, Blosch C, Mann DL. Safety and efficacy of a soluble P75 tumor necrosis factor receptor (Enbrel, etanercept) in patients with advanced heart failure. Circulation. 1999;99(25):3224-3226. https://doi.org/10.1161/01.cir.99.25.3224
54. Mann DL, McMurray JJ, Packer M, Swedberg K, Borer JS, Colucci WS, Djian J, Drexler H, Feldman A, Kober L, Krum H, Liu P, Nieminen M, Tavazzi L, van Veldhuisen DJ, Waldenstrom A, Warren M, Westheim A, Zannad F, Fleming T. Targeted anticytokine therapy in patients with chronic heart failure: results of the Randomized Etanercept Worldwide Evaluation (RENEWAL). Circulation. 2004;109(13):1594-1602. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000124490.27666.B2
55. Chung ES, Packer M, Lo KH, Fasanmade AA, Willerson JT; Anti-TNF Therapy Against Congestive Heart Failure Investigators. Randomized, double-blind, placebo-controlled, pilot trial of infliximab, a chimeric monoclonal antibody to tumor necrosis factor-alpha, in patients with moderate-to-severe heart failure: results of the anti-TNF Therapy Against Congestive Heart Failure (ATTACH) trial. Circulation. 2003;107(25):3133-3140. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000077913.60364.D2
56. Parichatikanond W, Luangmonkong T, Mangmool S, Kurose H. Therapeutic Targets for the Treatment of Cardiac Fibrosis and Cancer: Focusing on TGF-beta Signaling. Front Cardiovasc Med. 2020;7:34. https://doi.org/10.3389/fcvm.2020.00034
57. Vainio LE, Szabó Z, Lin R, Ulvila J, Yrjölä R, Alakoski T, Piuhola J, Koch WJ, Ruskoaho H, Fouse SD, Seeley TW, Gao E, Signore P, Lipson KE, Magga J, Kerkelä R. Connective Tissue Growth Factor Inhibition Enhances Cardiac Repair and Limits Fibrosis After Myocardial Infarction. JACC Basic Transl Sci. 2019;4(1):83-94. https://doi.org/10.1016/j.jacbts.2018.10.007
Рецензия
Для цитирования:
Барбараш О.Л., Кутихин А.Г., Печерина Т.Б., Тарасов Р.С., Кашталап В.В., Федорова Н.В., Богданов Л.А., Хрячкова О.Н., Седых Д.Ю. Молекулярные маркеры фиброза при постинфарктном ремоделировании миокарда. Фундаментальная и клиническая медицина. 2022;7(1):17-30. https://doi.org/10.23946/2500-0764-2022-7-1-17-30
For citation:
Barbarash O.L., Kutikhin A.G., Pecherina T.B., Tarasov R.S., Kashtalap V.V., Fedorova N.V., Bogdanov L.A., Hryachkova O.N., Sedykh D.Yu. Molecular markers of cardiac fibrosis after myocardial infarction. Fundamental and Clinical Medicine. 2022;7(1):17-30. (In Russ.) https://doi.org/10.23946/2500-0764-2022-7-1-17-30