Регенерация сердца

Работая совместно, израильские и австралийские ученые обнаружили, что повышения активности единственного гена достаточно для регенерации тканей сердца после инфаркта миокарда.

Ишемическая болезнь сердца, ИБС, (и ее острый вариант - инфаркт миокарда) - одна из главных причин смерти людей во всем мире. В странах с высоким и среднем уровнем дохода она обычно занимает первое место с результатом 10-15% от всех смертей, в странах с низким уровнем доходов проигрывает инфекциям нижних дыхательных путей (в основном, пневмонии).

Сердце нуждается в интенсивном кровоснабжении, возможно, даже более интенсивном, чем другие органы, из-за необходимости все время активно выполнять механическую работу. Для этого нужна энергия, для выработки энергии в митохондриях нужен кислород, а кислород поступает с кровью. Кровь поступает к сердцу по разветвленной сети коронарных артерий и капилляров. Отложения холестерина на стенках сосудов уменьшают их просвет и поступление крови к отдельным областям сердца. Это - причина ишемической болезни сердца. Ее могут лечить, вставляя в коронарные артерии стенты - полые металлические цилиндры, не дающие просвету сосуда сузиться окончательно. Другой способ лечения ИБС - аорто-коронарное шунтирование (АКШ). Если в каком-то месте крупной коронарной артерии просвет совсем сужен, то место ниже этого сужения напрямую соединяют шунтом с аортой - самой крупной артерией в человеческом организме, расположенной прямо у выхода из сердца.

ИБС сердца обычно протекает не очень остро и оставляет возможность врачам своевременно вмешаться. Совсем иначе обстоят дела с острым инфарктом миокарда. Он наступает внезапно из-за прекращения тока крови в артерии, питающей сердце, или из-за того, что поступающего кислорода начинает категорически не хватать для поддержания работы сердца. Чаще всего кровоток уменьшается и прекращается из-за попадания в артерию тромба или разрастания бляшки, но возможны и другие причины.

Дальнейшая судьба больного зависит от того, какой процент сердечной ткани пострадает от нехватки кислорода. Это, в свою очередь, определяется тем, где именно произошла закупорка артерии и насколько быстро кровоток удастся восстановить. При достаточно долгом кислородном голодании клетки сердца (кардиомиоциты) просто гибнут и больше не восстанавливаются. На их месте со временем образуется рубец из соединительной ткани, не способный сокращаться, и сердце начинает хуже работать.

Само по себе уменьшение числа сокращающихся  кардиомиоцитов способно сильно ухудшить состояние здоровья человека, выжившего после инфаркта, и наложить много ограничений на его повседневную жизнь. Дополнительная угроза заключается в том, что на оставшиеся в живых кардиомиоциты ложится дополнительная нагрузка, и это повышает риск повторного инфаркта.

Кардиомиоциты у человека к моменту рождения уже утрачивают способность делиться. Некоторое количество стволовых клеток, по-видимому, сохраняется, но их совершенно недостаточно, чтобы вместо ткани рубца после инфаркта образовались сокращающиеся мышцы. В экспериментах на мышах было показано, что крысиное сердце сохраняет способность к регенерации примерно неделю после рождения. После этого кардиомиоциты утрачивают способность к делению и только увеличиваются в размерах. Есть данные, что еще один непродолжительный период деления приходится на конец детства. У самых примитивных позвоночных, например, у рыбы  Danio  rerio  и амфибий сердце может регенерировать даже у взрослых особей.

Из этого можно сделать вывод, что вообще-то сердце могло бы регенерировать и у человека, но какие-то механизмы лишают его этой возможности. Видимо, это происходит, потому что невыключенная возможность роста и деления клеток вызывает гораздо больше проблем, чем выключенная. Но если бы ее удалось на некоторое время восстановить, последствия инфаркта могли бы быть ликвидированы полностью.

Делением кардиомиоцитов на эмбриональных стадиях развития управляет белокнейрегулин-1 (NRG1). Его рецепторы ERBB с тирозинкиназной активностьюобнаруживаются в кардиомиоцитах только эмбрионов и недавно родившихся мышат. Вероятно, потом соответствующий ген просто выключается.

Один из белков семейства ERBB, а именно ERBB2 был открыт при изучении раковых опухолей. Его повышенное содержание в раковых клетках указывало на более агрессивные опухоли и худший прогноз для пациента. Значит, этот белок заставляет клетки каким-то образом размножаться активнее.

Оказалось, что, если активировать этот ген у взрослых мышей так, чтобы он был активен всю жизнь, действительно ничего хорошего не получается. У таких мышей сердце оказалось увеличено в размерах, и из-за этого плохо работало. Они хуже себя чувствовали и быстрее умирали. Зато активация соответствующего гена на короткий промежуток времени после инфаркта привела к тому, что сердце восстанавливалось гораздо лучше, кардиомиоциты снова начинали расти и размножаться. Рубец оказывался меньших размеров, а показатели работы сердца - лучше.