Как воспаление связано с фиброзом при сердечной недостаточности

Хроническое воспаление часто связано с фиброзом; эти процессы приводят к ухудшению функционирования тканей. Молекулярные механизмы, лежащие в основе этой взаимосвязи, все еще не до конца изучены. При патологиях обычно наблюдается изменение организации хроматина, экспрессии определенных генов и состояния клеток. Также известно, что ингибиторы белков с доменом BET облегчают симптомы сердечной недостаточности, препятствуя активации фибробластов через транскрипционный фактор MEOX1. Хроническая активация фибробластов при стрессовых воздействиях способствует дисфункции различных органов. Однако как именно стресс органа воспринимается отдельными клетками и приводит к активации фибробластов и фиброзу, остается неясным. Недавнее исследование, опубликованное в Nature, выявило роль определенной популяции макрофагов в прогрессировании фиброза и механизм их влияния на фибробласты.

Ученые смоделировали сердечную недостаточность у мышей за счет сужения просвета аорты. Они подтвердили, что ингибитор белков с доменом BET обладает протективным эффектом для левого желудочка. Ранее было показано, что ингибитор не так сильно влияет на транскриптом кардиомиоцитов. Тогда авторы выполнили секвенирование РНК единичных клеток (scRNA-seq) в других клеточных популяциях сердца и соотнесли полученные результаты с эхокардиограммами мышей. Оказалось, что больше всего генов, уровень экспрессии которых значимо коррелировал с сердечной недостаточностью, определялось в популяциях фибробластов и миелоидных клеток.

Авторы решили подробнее изучить популяцию миелоидных клеток и выявить гены, экспрессия которых повышена при сердечной дисфункции и снижается после применения ингибитора ВЕТ- протеинов. Были выявлены гены, кодирующие цитокины (IL1b), хемокины (Ccl8, Ccl12), рецепторы хемокинов (Cx3cr1), транскрипционные факторы (Runx3). Cx3cr1 — это еще и маркер моноцитарных клеток и резидентных макрофагов. В целом, ингибиторы ВЕТ-протеинов наиболее значительно подавляли экспрессию генов, связанных с воспалительными процессами, такими как выработка цитокинов и активация макрофагов.

Ранее была показана важная роль ВЕТ-содержащего белка BRD4 в патогенезе сердечной недостаточности. На следующем этапе ученые произвели делецию BRD4 в Cx3cr1+ макрофагах мышей. У таких животных наблюдалось улучшение сердечной функции по данным эхокардиограммы, а также снижался фиброз. На транскрипционном уровне делеция BRD4 приводила к снижению уровней многих цитокинов и хемокинов, включая IL1b. Более того, делеция BRD4 в Cx3cr1+ клетках оказывала паракринный эффект на фибробласты и снижала в них уровни маркеров активации, а также профибротических факторов, таких как MEOX1.

Анализ доступности хроматина методом scATAC-seq в клетках сердечной ткани, которая ранее была использована для scRNA-seq анализа, показал, что гены, экспрессия которых значительно повышена при сердечной недостаточности, имеют пониженную доступность при делеции BRD4, что указывает на согласованность транскрипционных изменений и изменений на уровне хроматина.

Дальнейшие исследования in vivo помогли обнаружить в Cx3cr1+ клетках энхансер, контролирующий экспрессию интерлейкина 1β (IL-1β). В результате серии делеций, выполненных с помощью CRISPR-Cas9, был выявлен конкретный стресс-зависимый регуляторный элемент, контролирующий экспрессию IL1b. Авторы установили, что секретируемый макрофагами IL-1β через зависимый от транскрипционного фактора RELA (р65) энхансер фибробластов активирует в них транскрипционный фактор MEOX1, что способствует развитию фиброза.

Нейтрализация IL-1β c помощью антител in vivo улучшила сердечную функцию и уменьшила фиброз при сердечной недостаточности у мышей, а системное ингибирование или таргетная делеция IL-1β в Cx3cr1+ клетках предотвращали экспрессию MEOX1 и активацию фибробластов, вызванную стрессом.

Авторы получили ответ на вопрос, как воспаление приводит к развитию фиброза в тканях. В будущем эти данные могут помочь в разработке терапевтических подходов к подавлению воспалительных состояний.

Фиброзная ткань защищает оставшиеся после удаления опухоли клетки глиобластомы