Обнаружены новые данные о регенерации сердца млекопитающих

Рис. 1. Восстановление сердца мышонка после удаления части левого желудочка. A–D. Окраска гематоксилином и эозином мышиного сердца на 1-й, 2-й, 7-й и 21-й день после удаления. Стрелочка показывает место операции. E–H. То же самое в большем разрешении. Звездочкой указан кровяной сгусток возле полости левого желудочка (отмечена стрелочкой). Пунктирные линии показывают плоскость операции. I–L. Трихромовое окрашивание (см. Masson's trichrome stain) показывает, какой тип ткани присутствует в данном образце. Видно, что первоначально возникшая соединительная ткань (синяя) позже заменяется мышечной (красной). То есть перед нами полноценно восстановившаяся сердечная мышца, а не соединительнотканная «заплатка» на поврежденном участке. Длина масштабной линейки 200 микрометров. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

В отличие от большинства прочих тканей млекопитающих, мышечная ткань сердца не может восстановиться после повреждения. В то же время, некоторые рыбы и амфибии способны регенерировать сердце. Определенные данные позволяют предположить, что существуют возможности и для восстановления сердца млекопитающих. Исследователи из Юго-Западного медицинского центра системы Техасского университета обнаружили, что сердце мышонка одного дня от роду еще способно к восстановлению, а сердце семидневного мышонка — уже нет.

У рыб сердце двухкамерное и только один круг кровообращения; у млекопитающих камер — четыре, а кругов кровообращения — два. Кардиомиоциты зрелого сердца у млекопитающих выходят из клеточного цикла и становятся двуядерными, а рыбьи остаются одноядерными и способными к делению. Тем не менее, в процессе развития сердца (см. heart development) до начала септации (образования «септы» — перегородки — между сердечными камерами) сердце млекопитающего анатомически очень похоже на рыбье. Отсюда — один шаг до предположения, что «незрелое» сердце млекопитающих обладает и свойствами, сходными с рыбьим сердцем, в частности способно к регенерации.

В принципе, уже было показано, что в эмбриональном периоде сердце млекопитающих способно к восстановлению в определенных пределах. Но теперь исследователи решили проверить, насколько может регенерировать сердце уже после рождения животного.

Для этого ученые провели на новорожденных мышатах операцию по удалению кончика левого желудочка и изучили восстановление у них сердечной мышцы.

Гистологические исследования показали практически полное восстановление уже через три недели после операции (рис. 1). На первый день в прооперированном участке заметен сгусток крови и возникает воспалительная реакция, но постепенно и то и другое сходит на нет, и в данной области возникает полноценная мышечная ткань. Все это очень отличается от восстановления сердца у взрослых животных, когда на месте повреждения начинается фиброз (разрастание соединительной ткани). Иными словами, по крайней мере гистологически восстановление сердца млекопитающих сходно с таковым у рыб.

Как же восстановилась сердечная мышца? За счет пролиферации самих кардиомиоцитов (которая еще возможна у мышей сразу после рождения) или с помощью стволовых клеток? Пока что исследователям удалось показать только повышенную пролиферацию кардиомиоцитов у экспериментальных мышей по сравнению с контрольными (животными, получившими «пустую операцию»). Интересно при этом, что пролиферировали клетки не только поврежденного участка, а всего сердца целиком. Кроме того, было показано, что восстановившийся участок «зарос» новообразовавшимися кардиомиоцитами, которые с момента операции прошли как минимум через одно деление.

Но может быть, стволовые клетки всё же помогают (наряду с пролиферацией кардиомиоцитов) восстановиться сердечной мышце? Чтобы проверить это, исследователи «пометили» все кардиомиоциты новорожденных мышат с помощью сложной генетической методики. Затем они удалили у опытных животных участок сердца, а контрольным провели «пустую операцию». Если сердечная мышца восстанавливается за счет пролиферации кардиомиоцитов, то новые клетки будут «помечены» как у контрольных животных, если же за счет стволовых клеток, то кардиомиоциты на регенерировавшем участке «помечены» не будут. Увы! Пока что полученные результаты говорят о том, что никаких стволовых клеток в регенерации сердца не задействуется.

После этого исследователи попробовали выяснить, до какого возраста сердце мыши может регенерировать? В какой момент оно теряет возможность восстановиться? Для этого они провели сходные эксперименты уже не на новорожденных мышатах, а на тех, которым была неделя от роду (к 7-му дню жизни у мышат прекращается пролиферация кардиомиоцитов).

Результаты были плачевны (рис. 2). Мышечная ткань не смогла восстановиться; на поврежденном участке развился фиброз; не было обнаружено свидетельств пролиферации кардиомиоцитов. Иными словами, способность сердца к регенерации пропадает у мышей в первую неделю жизни.

Рис. 2. Сердце семидневного мышонка не может восстановиться после повреждения. A–C. Гематоксин-эозиновое окрашивание на 1-й, 7-й и 21-й день после операции. D–F. Трихромное окрашивание в те же моменты времени. Обратите внимание на фиброз (разрастание соединительной ткани) на 7-й и 21-й день (соединительная ткань окрашена синим). Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Полученные результаты открывают новые горизонты для исследований. Если существует период после рождения, в который возможно восстановление сердечной мышцы, нельзя ли удлинить его или «включить» при повреждении сердца во взрослом возрасте? Почему этот период заканчивается (а точнее, в связи с чем перестают пролиферировать кардиомиоциты)? Хотя на эти вопросы пока ответов нет, впереди маячит надежда, что мы сможем управлять восстановительной способностью сердца.

Источник: Enzo R. Porrello, Ahmed I. Mahmoud, Emma Simpson, Joseph A. Hill, James A. Richardson, Eric N. Olson, Hesham A. Sadek. Transient Regenerative Potential of the Neonatal Mouse Heart. // Science. 25 February 2011. V. 331. P. 1078–1080.

См. также:
Исследована проводящая система сердца рыб, «Элементы», 03.12.2010.

Вера Башмакова