Ischemic cardiomyopathy: blood monocytes and mediators of their differentiation

Cover Page

Abstract


BACKGROUND: The three-year survival rate of patients with ischemic cardiomyopathy (ICMP) is 5−35 %; its pathogenesis is poorly understood. Violation of cytokine-dependent differentiation of monocytes/macrophages involved in atherogenesis may play an important role in the development of ICMP.

AIMS: To characterize the disorders of monocytes subpopulation composition and mediators spectrum of blood in patients with coronary heart disease (CHD), associated with the development of ICMP.

METHODS: A one-stage, clinical, controlled (case-control) study was conducted from February 2017 to December 2018. 45 patients with CHD (all men), who were in a cardiac surgery hospital, were examined before coronary bypass surgery: 19 people suffering from ICMP, and 26 people who do not suffer from ICMP, as well as 14 healthy men. In the blood of the examined individuals CD14++CD16-, CD14++CD16+, CD14+CD16++ and CD14+CD16- monocytes were determined with respect to all CD14-positive cells by flow cytometry, in blood plasma ― concentration of galectin 2 and 9, IL-4, IL-10, IFN-γ, M-CSF, HIF-1α by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).

RESULTS: The development of the ICMP accompanied by deficiency of HIF-1α and CD14+CD16++ monocytes (0.037 [0.020; 0.045] ng/ml, p = 0.019, and 5.05 [4.08; 6.58] %, p = 0.011) in combination with an excess of IL-10 (30.05 [24.75; 33.50] ng/ml, p = 0.042) in the blood. It is shown in blood of patients without ischemic cardiomyopathy the increase in the content of CD14++CD16+ cells and lack of CD14+CD16- monocytes (25.27 [15.78; 31.39] %, p = 0.038, and 2.68 [2.63; 4.09] %, p = 0.027) at normal concentration of IL-10 and HIF-1α. In patients with CHD and ischemic cardiomyopathy and without ICMP in the blood the concentration of M-CSF and galectin-2 (2.00 [1.21; 3.24] pg/ml, p = 0.028, and 0.40 [0.12; 2.37] ng/ml, p = 0.004; 3.00 [1.90; 4.05] pg/ml, p = 0.003, and 3.20 [2.07; 4.00] ng/ml, p = 0.002, respectively) is reduced at normal content of galectin-9, and CD14++CD16- monocytes. IL-4 and IFN-γ in blood plasma are not determined (zero values).

CONCLUSIONS: The development of ICMP is associated with excess of IL-10 and HIF-1α deficiency, which is accompanied by inhibition of CD14+CD16++ monocytes maturation.


Full Text

Обоснование

Ишемическую кардиомиопатию рассматривают как одну из клинических форм ишемической болезни сердца (ИБС) [1]. При этом ишемия миокарда у больных ишемической кардиомиопатией носит не очаговый, а генерализованный характер, сопровождается кардиомегалией с дилатацией камер сердца, что значительно ухудшает возможности хирургической коррекции миокарда и, соответственно, прогноз заболевания. Трехлетняя выживаемость больных ишемической кардиомиопатией, по данным разных авторов, варьирует в пределах 5−35 %; при тяжелых формах заболевания годовая смертность достигает 50 % [2, 3]. Опасность ишемической кардиомиопатии кроется в том, что начало заболевания не сопровождается яркими клиническими проявлениями, на более поздних этапах расценивается как хроническая сердечная недостаточность, и только в завершении процесса при формировании кардиомегалии она диагностируется [1]. При этом в основе ишемической кардиомиопатии и ИБС без нее лежат сходные патологические процессы: эндотелиальная дисфункция коронарных артерий, их атеросклероз и циркуляторная гипоксия [1]. Однако реакция организма у больных оказывается, по всей видимости, различной, и у некоторых пациентов формируется ишемическая кардиомиопатия.

Патогенез ишемической кардиомиопатии до конца не изучен: обсуждается роль клеточной инфильтрации миокарда, апоптоза кардиомиоцитов, деструкции интерстициального матрикса, пролиферации фибробластов и синтеза ими коллагенов с различными свойствами, а также нарушение иммунорегуляторных механизмов ремоделирования миокарда [1, 4, 5]. Поскольку в данных процессах и атерогенезе ведущую роль играют различные субпопуляции макрофагов, способных индуцировать деструкцию или фиброз в поврежденных тканях [6], и их предшественники ― моноциты крови, обладающие функциональной неоднородностью (классические, промежуточные, неклассические и переходные клетки) [7, 8], то возникает предположение, что нарушение субпопуляционного состава моноцитов крови может быть ассоциировано с формой ишемического поражения миокарда. Выявление его особенностей и механизмов крайне важно для ранней диагностики ишемической кардиомиопатии и поиска возможных подходов к активному управлению течением этого заболевания на основе знаний о закономерностях дифференциации моноцитов.

Цель исследования ― охарактеризовать ассоциированные с развитием ишемической кардиомиопатии нарушения субпопуляционного состава моноцитов и медиаторного спектра крови у больных ишемической болезнью сердца.

Методы

Дизайн исследования

Проведено одномоментное клиническое контролируемое (случай-контроль) одноцентровое наблюдательное исследование в период с февраля 2017 г. по май 2018 г. с участием 45 больных ИБС (все мужчины), находившихся в кардиохирургическом стационаре: 19 человек, страдающих ишемической кардиомиопатией, и 26 человек, без нее, а также 14 здоровых мужчин. Клиническое исследование крови у больных проводилось перед операцией коронарного шунтирования.

Критерии соответствия

Критерии включения

В исследование были включены больные ИБС мужского пола со стенокардией напряжения II−IV функционального класса и недостаточностью кровообращения II−III функционального класса по классификации Нью-Йоркской кардиологической ассоциации (New York Heart Association, NYHA) в возрасте от 48 до 65 лет, имевшие в анамнезе острый инфаркт миокарда и находившиеся в кардиохирургическом стационаре на этапе обследования перед проведением операции коронарного шунтирования. Все пациенты были распределены на 2 группы:

1) 19 человек, страдающих ишемической кардиомиопатией (фракция выброса левого желудочка ≤40%, реваскуляризация, стеноз левой основной или проксимальной части левой нисходящей артерии ≥75% или стеноз двух или более эпикардиальных сосудов ≥75%, конечно-систолический индекс левого желудочка >60 мл/м2 [9]);

2) 26 человек без ишемической кардиомиопатии (фракция выброса левого желудочка >40%, реваскуляризация, стеноз коронарных сосудов любой локализации ≥75%).

На момент проведения настоящего исследования у больных двух групп ИБС отличались по зоне фиброза (29,0 [20,0; 36,5] % и 13,5 [8,0; 19,5] %, р = 0,043, соответственно от объема левого желудочка по данным сцинтиграфии), но не имели достоверных отличий в объеме зоны некроза в острую стадию инфаркта миокарда (22,0 [14,5; 30,0] % и 15,0 [8,5; 20,0] %, р = 0,216, по данным сцинтиграфии). Это отражает различные процессы ремоделирования миокарда в постинфарктном периоде, в том числе участие в нем моноцитов, чему и посвящено настоящее исследование.

Группу контроля составили 14 мужчин, сопоставимых по возрасту (45−60 лет) с больными в группах исследования, находившихся, по данным профилактического осмотра, в состоянии относительного здоровья, не страдающих сердечно-сосудистой патологией и не предъявляющих жалоб соответствующего или иного характера, имеющих уровень общего холестерола в плазме крови <5,2 ммоль/л.

В исследование были включены больные европеоидного фенотипа из Сибирского и Дальневосточного федеральных округов (39 и 5 соответственно).

Критерии исключения

Критериями исключения обследуемых лиц из исследования считали наличие аутоиммунных заболеваний, аллергического процесса в стадии обострения, опухолевого процесса, гипопластической или мегалобластической анемий, хронических инфекций (вирусных гепатитов, сифилиса, ВИЧ-инфекции), проведение курсов иммуномодулирующей терапии или наличие острых инфекционных заболеваний менее чем за 3 недели до исследования, а также отказ пациента от исследования.

Условия проведения

Исследование выполнено на базе отделения сердечно-сосудистой хирургии Научно-исследовательского института кардиологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук» (Томск) и кафедры патофизиологии ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Томск). Формирование группы здоровых доноров производилось на базе ОГАУЗ «Поликлиника № 3» г. Томска из лиц, проживающих в указанном административном центре.

Продолжительность исследования

Исследование планировалось проводить в период времени с февраля 2017 г. по май 2018 г., но ввиду редкой встречаемости ишемической кардиомиопатии проект был продлен еще на 7 мес (до декабря 2018 г.).

Описание медицинского вмешательства

Взятие периферической крови производилось из кубитальной вены утром натощак у соответствующих групп лиц. Больным ИБС проводилось общепринятое и сходное в группах лечение лекарственными средствами: антиангинальная терапия с применением нитратов продленного действия, бета1-адреноблокаторов, блокаторов Сa2+-каналов, коррекция липидного обмена с использованием статинов и коррекция гемостаза путем назначения антиагрегантов.

Исходы исследования

Основной исход исследования

В образцах периферической крови у больных обеих групп и здоровых доноров определяли субпопуляционный состав моноцитов, т.е. численность субпопуляций классических (CD14++CD16-), промежуточных (CD14++CD16+), неклассических (CD14+CD16++) и переходных (CD14+CD16-) моноцитов методом проточной цитофлуориметрии, принимая за 100% клетки, положительные по CD14. Абсолютное содержание моноцитов крови регистрировали с помощью гематологического анализатора Sysmex XP-300 (Sysmex, Япония).

Дополнительные исходы исследования

В плазме крови больных обеих групп и здоровых доноров измеряли содержание галектинов 2 и 9, цитокинов (интерлейкинов, IL, 4, 10; интерферона гамма, IFNγ; моноцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора, M-CSF; гипоксией индуцируемого фактора 1α, HIF-1α).

Методы регистрации исходов

Относительное содержание моноцитов различных субпопуляций определяли в цельной гепаринизированной (25 Ед/мл) крови методом проточной цитофлуориметрии с использованием проточного цитофлуориметра Accuri С6 (BD Biosciens, США) и с помощью моноклональных антител CD14-FITC и CD16-PE (BD Biosciens, США), а также лизирующего раствора (BD Biosciens, США), согласно инструкциям производителя.

Плазму крови получали путем центрифугирования гепаринизированной (25 Ед/мл) цельной крови при 200 g и хранили при температуре -80 оС для последующей оценки содержания галектинов 2 и 9 и цитокинов (IL4, IL10, IFNγ, M-CSF, HIF-1α) методом иммуноферментного анализа с использованием микропланшетного фотометра (Multiscan EX, Китай). Анализ проводили согласно инструкциям фирм-производителей коммерческих наборов: IL-4-ИФА-БЭСТ, IL-10-ИФА-БЭСТ, гамма-IFN-ИФА-БЭСТ (АО «Вектор-БЭСТ», Новосибирск); Human HIF-1alfa ELISA Kit, Human Galectin-2 ELISA Kit, Human Galectin-9 ELISA Kit (Clou-Clone-Corp, США), RayBio Human M-CSF ELISA Kit (RayBiotech, США).

Этическая экспертиза

Исследование было выполнено в соответствии со стандартами надлежащей клинической практики и принципами Хельсинкской декларации. Всеми пациентами и здоровыми донорами было подписано информированное согласие на участие в исследовании, в котором была изложена цель исследования, стандартная процедура взятия венозной крови из кубитальной вены, возможные риски данной манипуляции и право участников отказаться от исследования. Протокол исследования одобрен Этическим комитетом ФГБОУ ВО «СибГМУ» Минздрава России (протокол № 5046 от 28.11.2016) с формулировкой заключения: «Одобрить проведение клинического исследования. Документация представлена полностью и соответствует требованиям Этической экспертизы».

Статистический анализ

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Statistica for Windows 10.0. Для статистического описания результатов исследования вычисляли медиану, 25-й и 75-й процентили. С целью проверки нулевой гипотезы при сравнении независимых выборок использовали критерий Манна−Уитни, применяя поправку Бенджамини−Хохберга для множественного сравнения. Первичной гипотезой служило предположение о том, что больные обеих групп имеют отличные от здоровых доноров величины изучаемых параметров. Рассчитывали объем выборки, необходимой для достижения поставленной цели (Nmin ― минимальное число вариантов в каждой из двух сравниваемых выборок), вычисляемый исходя из стандартного отклонения анализируемых показателей в исследуемых выборках и разности их средних значений на уровне статической значимости 0,05 с мощностью 80%. Для показателей, имеющих статистически значимые отличия в группах больных по сравнению со здоровыми донорами, объем исследуемой выборки превышал расчетный (представлено в табл. 1, 2).

 

Таблица 1. Субпопуляционный состав моноцитов крови у больных ИБС, страдающих и не страдающих ишемической кардиомиопатией, Me [Q1−Q3]

Относительное содержание субпопуляций моноцитов, %

Группа обследуемых лиц

ИБС без ИКМП

(n = 26)

ИБС с ИКМП

(n = 19)

Здоровые доноры

(n = 14)

Классические моноциты CD14++CD16-

57,23

[49,60; 66,42]

р1 = 0,386

57,77

[46,35; 79,76]

р1 = 0,440

р2 = 0,531

67,75

[64,34; 70,65]

Промежуточные моноциты

CD14++CD16+

25,27

[15,78; 31,39]

р1 = 0,038 (Nmin = 10)

18,72

[4,96; 28,96]

р1 = 0,245

р2 = 0,999

14,36

[12,06; 14,98]

Неклассические моноциты

CD14+CD16++

9,10

[6,02; 17,93]

р1 = 0,849

5,05

[4,08; 6,58]

р1 = 0,011 (Nmin = 7)

р2 = 0,060

10,07

[9,34; 13,84]

Переходные моноциты CD14+CD16-

2,68

[2,63; 4,09]

р1 = 0,027 (Nmin = 5)

6,03

[3,58; 10,89]

р1 = 0,920

р2 = 0,296

6,80

[5,03; 6,87]

Примечание. Здесь и в табл. 2: р1 ― уровень статистической значимости различий показателей по сравнению со здоровыми донорами, р2 ― по сравнению с больными ИБС без ИКМП; Nmin ― минимальный и достаточный объем каждой выборки для получения достоверных отличий между группами при сравнении показателей на уровне статической значимости 0,05 с мощностью 80%. ИБС ― ишемическая болезнь сердца, ИКМП ― ишемическая кардиомиопатия.

 

Таблица 2. Концентрация цитокинов и галектинов в крови больных ишемической болезнью сердца, страдающих и не страдающих ишемической кардиомиопатией, Me [Q1−Q3]

Концентрация цитокинов и галектинов в крови

Группа обследуемых лиц

ИБС без ИКМП

(n = 26)

ИБС с ИКМП

(n = 19)

Здоровые доноры

(n = 14)

IL4, пг/мл

0

0

0,29

[0,08; 1,26]

IL10, пг/мл

24,00

[23,00; 28,50]

р1 = 0,661

30,05

[24,75; 33,50]

р1 = 0,042 (Nmin = 7)

р2 = 0,152

19,50

[18,00; 24,00]

IFNγ, пг/мл

0

0

3,02

[0,50; 5,40]

Галектин-2, пг/мл

3,20

[2,07; 4,00]

р1 = 0,002 (Nmin = 3)

3,00

[1,90; 4,05]

р1 = 0,003 (Nmin = 3)

р2 = 0,884

13,50

[11,50; 17,00]

Галектин-9, пг/мл

1,00

[0,40; 2,46]

р1 = 0,136

0,26

[0,05; 2,03]

р1 = 0,791

р2 = 0,382

0,16

[0,00; 1,50]

HIF-1α, нг/мл

0,051

[0,040; 0,138]

р1 = 0,804

0,017

[0,00; 0,020]

р1 = 0,019 (Nmin = 4)

р2 = 0,049

0,080

[0,052; 0,096]

M-CSF, пг/мл

0,80

[0,12; 2,37]

р1 = 0,004 (Nmin = 3)

2,00

[1,21; 3,24]

р1 = 0,027 (Nmin = 5)

р2 = 0,218

4,85

[3,60; 7,76]

 

С целью оценки взаимосвязей между изучаемыми показателями рассчитывали коэффициент корреляции Спирмена. Результаты статистического анализа считали достоверными при уровне значимости р < 0,05. Для оценки роли изучаемых показателей в развитии ишемической кардиомиопатии проводили многофакторный (многомерный факторный) анализ; переменную считали значимой для выявляемого фактора при ее факторной нагрузке более 0,70.

Результаты

Объекты (участники) исследования

В течение полутора лет больные ИБС, поступающие в кардиохирургический стационар с целью проведения операции коронарного шунтирования и удовлетворяющие критериям включения и исключения, распределялись согласно верифицированному диагнозу на две группы: пациенты с ишемической кардиомиопатией и пациенты без таковой; средний возраст между группами был сопоставим ― 53,23 ± 4,09 и 58,12 ± 3,86 года соответственно (представлено в виде среднего и стандартного отклонения; р = 0,361). Возраст здоровых лиц составил 51,47 ± 4,96 года и не отличался от групп больных (р = 0,712 и р = 0,238 соответственно). Абсолютное содержание моноцитов крови вне зависимости от иммунофенотипа клеток составило у больных ИБС без ишемической кардиомиопатии 0,35 [0,25; 0,40]×109/л, у пациентов с ишемической кардиомиопатией ― 0,40 [0,30; 0,45]×109/л, у здоровых доноров ― 0,45 [0,30; 0,55]×109/л, при этом статистически значимых различий между группами обследованных лиц не отмечалось (по отношению к здоровым донорам у больных ИБС без ИКМП р = 0,428; у пациентов с ИКМП р = 0,619; между группами больных ИБС р = 0,732).

Основные результаты исследования

Анализ полученных данных показал, что наиболее значительные изменения субпопуляционного состава моноцитов крови отмечались у больных ИБС без ишемической кардиомиопатии, что проявлялось увеличением числа промежуточных и снижением доли переходных моноцитов в крови по отношению к группе здоровых доноров (см. табл. 1). У пациентов с ишемической кардиомиопатией регистрировался только дефицит неклассических клеток в крови при нормальном количестве промежуточных и переходных форм. Содержание классических моноцитов в крови проявляло негативную тенденцию в обеих группах больных, но достоверно не отличалось от нормы (см. табл. 1). Корреляционный анализ показал, что у пациентов обеих групп содержание промежуточных моноцитов отрицательно коррелировало с долей классических клеток в крови (r = -0,69; p < 0,05 и r = -0,58; p < 0,05 соответственно).

При определении иммунорегуляторных молекул в крови у больных ИБС вне зависимости от характера ишемии миокарда обнаруживалось нормальное содержание галектина-9, недостаточность M-CSF и галектина-2 по сравнению с показателями у здоровых доноров и «нулевые» значения IL4 и IFNγ (см. табл. 2). Различия цитокинового спектра крови у больных двух групп исследования регистрировались только в отношении IL10 и HIF-1α: концентрация первого у пациентов с ишемической кардиомиопатией была повышенной, а второго, напротив, пониженной в отличие от их нормальных значений у больных только ИБС (см. табл. 2). При этом для содержания HIF-1α в крови обнаруживались статистически значимые отличия между группами больных, а для IL10 ― близкие к таковым (р2 = 0,060).

С целью выявления факторов, влияющих на развитие ишемической кардиомиопатии при ИБС, был выполнен многомерный факторный анализ в объединенной выборке больных. Среди 11 изученных переменных были выбраны 9: концентрация IL10, M-CSF, HIF-1α, галектина-2 и -9, содержание каждой из четырех субпопуляций моноцитов в крови. Концентрации IL4 и IFNγ в крови как параметры были исключены из данного анализа, поскольку имели нулевые значения у пациентов обеих групп исследования. В результате факторного анализа было установлено, что на развитие ишемической кардиомиопатии у больных ИБС влияют два фактора, первый из которых включает в себя содержание HIF-1α, переходных моноцитов и в меньшей степени промежуточных моноцитов в крови, определяя 34,88 % общей дисперсии выборки, а второй фактор ― содержание IL10, галектина-2 и неклассических моноцитов в крови, определяя 30,92 % общей дисперсии выборки (факторные нагрузки переменных приведены в табл. 3).

 

Таблица 3. Факторные нагрузки переменных по результатам многомерного факторного анализа в объединенной выборке больных хронической сердечной недостаточностью ишемического генеза

Переменная

Фактор 1

Фактор 2

Содержание классических моноцитов CD14++CD16- в крови

0,599

-0,045

Содержание промежуточных моноцитов CD14++CD16+ в крови

-0,701*

-0,072

Содержание неклассических моноцитов CD14+CD16++ в крови

-0,262

0,889*

Содержание переходных моноцитов CD14+CD16- в крови

0,846*

-0,386

Концентрация IL10 в крови

0,350

-0,904*

Концентрация галектина-2 в крови

0,379

0,891*

Концентрация галектина-9 в крови

0,692

-0,197

Концентрация HIF-1α в крови

0,871*

0,052

Концентрация M-CSF в крови

-0,037

0,431

Доля фактора в общей дисперсии, %

34,88

30,92

Примечание. * ― значимые показатели в реализации факторов (факторная нагрузка > 0,7).

 

Дополнительные результаты исследования

Анализ взаимосвязей между содержанием цитокинов и различных субпопуляций моноцитов в крови показал, что у пациентов обеих групп плазменная концентрация IL10 отрицательно коррелировала с численностью неклассических моноцитов (r = -0,65; p < 0,05 и r = -0,62; p < 0,05) и положительно ― с долей переходных клеток (r = 0,65; p < 0,05 и r = 0,66; p < 0,05 соответственно) в крови. При этом в обеих группах больных обнаруживалась положительная связь количества переходных моноцитов в крови с концентрацией в плазме крови HIF-1α (r = 0,67; p < 0,05 при ИБС и r = -0,63; p < 0,05 при ИКМП). Кроме того, отмечались особенности взаимосвязей в группах исследования. Так, у пациентов с ишемической кардиомиопатией регистрировалась положительная корреляция содержания IL10 в крови с количеством классических (r = 0,68; p < 0,05) и отрицательная ― с долей промежуточных (r = -0,69; p < 0,05) моноцитов, в другой группе аналогичные взаимоотношения устанавливались между уровнем M-CSF и числом классических и промежуточных клеток в крови (r = 0,51; p < 0,05 и r = -0,50; p < 0,05 соответственно).

Нежелательные явления

В ходе обследования у одного пациента из группы больных ИБС с ишемической кардиомиопатией была отмечена потеря сознания после взятия крови и у 2 пациентов из группы ИБС — пролонгированное незначительное кровотечение из области венопункции.

Обсуждение

Установленные особенности субпопуляционного состава моноцитов крови у больных обеих групп могут быть обусловлены особенностями реагирования иммунной системы на атеросклеротический процесс. Атеросклероз коронарных артерий связан с реакцией иммунокомпетентных клеток на модифицированные липопротеины низкой плотности (м-ЛПНП), приобретающие свойства аутоантигенов, которые могут распознаваться scavenger-рецепторами моноцитов/макрофагов и дендритных клеток, стимулируя синтез провоспалительных цитокинов при ИБС [10, 11]. Считается, что иммунную функцию взаимодействия с Т-лимфоцитами осуществляют промежуточные моноциты [6], в связи с чем, очевидно, их численность у больных ИБС без ишемической кардиомиопатии возрастает (см. табл. 1). У пациентов с ишемической кардиомиопатией численность данной субпопуляции моноцитов не изменялась, очевидно, в силу иммуносупрессии, поскольку наличие антигенного стимула у них не подлежит сомнению (атеросклероз коронарных артерий является обязательным критерием диагностики [9]). Следовательно, присутствие в крови м-ЛПНП должно было бы опосредовать накопление промежуточных моноцитов в крови, чего у пациентов с ишемической кардиомиопатией не отмечалось (см. табл. 1), указывая, по всей видимости, на дефект созревания этих клеток.

Предполагается, что дифференциация CD-фенотипа субпопуляций моноцитов происходит последовательно: классические формы созревают в промежуточные, а затем ― в неклассические [12]. Полученная в настоящем исследовании отрицательная корреляция числа промежуточных моноцитов с долей классических клеток в крови у больных обеих групп свидетельствует о взаимопревращении этих клеток друг в друга и согласуется с данной точкой зрения. Несмотря на выявленную зависимость, содержание промежуточных моноцитов у больных ишемической кардиомиопатией оставалось в норме, сопровождаясь при этом снижением численности неклассических моноцитов в крови (см. табл. 1). Последние обеспечивают патрулирование эндотелия и способны элиминировать с поверхности сосудистой стенки окисленные липиды, погибшие клетки и патогены [6, 13]. Следовательно, у больных ишемической кардиомиопатией формируется дефицит моноцитов, выполняющих протективную функцию в отношении эндотелия. Неполноценность этого физиологического механизма при ишемической кардиомиопатии, очевидно, предрасполагает к фиксации липидов в стенке самых мелких коронарных артерий, которые обычно не поражаются атеросклерозом, поскольку в них отсутствуют высокие напряжения сдвига [14]. Вследствие дефицита неклассических моноцитов эти сосуды, вероятно, подвергаются атерогенезу, и ишемия миокарда приобретает уже не очаговый (как при ИБС), а распространенный характер, опосредуя развитие ишемической кардиомиопатии.

Обнаруженный дефицит IFNγ, IL4, M-CSF и галектина-2 в крови у больных обеих групп исследования (см. табл. 2) свидетельствует об угнетении адаптивного иммунитета при хронической сердечной недостаточности ишемического генеза, поскольку первые два цитокина контролируют дифференцировку Т-хелперов (Th) 1-го и 2-го типов [15], M-CSF и галектин-2 влияют на созревание макрофагов как антигенпрезентирующих клеток [16, 17]. При этом дефицит IFNγ, по данным литературы, характерен для хронической сердечной недостаточности ишемического и неишемического генеза, несмотря на увеличение доли CD4+ Т-лимфоцитов у этих больных [18], что позволяет думать о патологии клеточного иммунитета при гипоксии.

Отсутствие признаков активации продукции HIF-1α у больных обеих групп на фоне гипоксии, наличие которой при ИБС и ишемической кардиомиопатии не вызывает сомнений, можно объяснить формированием хронической, а не острой гипоксии. Показано, что содержание HIF-1α в клетках и крови возрастает в ответ на быстрое уменьшение ее оксигенации, а после нескольких эпизодов гипоксического прекондиционирования тканей оно нормализуется [19]. При хронической гипоксии синтез HIF переключается с HIF-1 на HIF-2 (обе молекулы при наличии общей субъединицы HIF-β содержат различные субъединицы ― HIF-1α и HIF-2α соответственно). Показано, что HIF-2 запускает долговременную адаптацию организма к гипоксии: активирует ангиогенез, ремоделирование тканей и др. [20, 21]. При этом накопление HIF-1 способствует синтезу провоспалительных цитокинов миелоидными клетками и подавляет созревание регуляторных Foxp3+ Т-клеток (Тreg), обладающих иммуносупрессорной функцией [22]. Следовательно, обнаруженный в настоящем исследовании дефицит HIF-1α у пациентов с ИКМП является, очевидно, результатом нарушений (в отличие от больных ИБС без ИКМП) механизмов внутриклеточного сигналинга при гипоксии, что, по всей видимости, индуцирует у них генерацию Тreg и иммуносупрессию, что обосновывает новый взгляд на механизмы развития ишемической кардиомиопатии. На присутствие иммуносупрессии у пациентов с ишемической кардиомиопатией указывает высокое содержание в крови IL10 (см. табл. 2), который традиционно относится к противовоспалительным цитокинам, поскольку секретируется Тreg, Тh2- и В-лимфоцитами и угнетает функции макрофагов [23]. Последнее еще раз подтверждает недостаточность клеточного звена иммунитета при ишемической кардиомиопатии.

Установленную в ходе исследования у больных ИБС обеих групп отрицательную связь концентрации IL10 в крови с долей неклассических моноцитов и положительную ― с числом переходных клеток можно интерпретировать как способность IL10 блокировать дифференциацию неклассических моноцитов из переходных их форм. Однако у больных ИБС концентрация IL10 в крови была в пределах нормы и, очевидно, не влияла на численность неклассических клеток, а у пациентов с ишемической кардиомиопатией она повышалась и опосредовала дефицит неклассических моноцитов в кровотоке (см. табл. 1). При этом в обеих группах больных обнаруживалась положительная корреляция количества переходных моноцитов в крови с плазменной концентрацией HIF-1α, что позволяет предполагать способность этой молекулы усиливать элиминацию молодых форм моноцитов из костного мозга при гипоксии и подтверждается свойством HIF-1α повышать миграционную способность миелоидных клеток [21].

Положительная связь содержания IL10 (при ишемической кардиомиопатии) и M-CSF (при ИБС без нее) с числом классических моноцитов и отрицательная ― с долей промежуточных клеток в крови указывает, вероятно, на способность IL10 и M-CSF блокировать дифференциацию классических моноцитов в промежуточные формы. Между тем реципрокные изменения данных цитокинов в крови у лиц с различной патологией сердца (см. табл. 2) детерминировали особенности субпопуляционного состава моноцитов: дефицит M-CSF у больных ИБС, по-видимому, растормаживал дифференциацию классических моноцитов в промежуточные клетки, и численность последних возрастала; у пациентов с ишемической кардиомиопатией, также имевших недостаточность M-CSF, эффект его, очевидно, не реализовывался в силу избытка IL10, который ингибировал этот процесс, и содержание данных субпопуляций моноцитов крови оставалось в пределах нормы.

Интерпретируя результаты многофакторного анализа и учитывая вышеописанные эффекты цитокинов, можно заключить, что в развитии ишемической кардиомиопатии при ИБС важную роль играют два фактора: фактор 1 ― это нарушение адаптации к гипоксии (дефицит HIF-1α), обусловливающее достаточный пул переходных моноцитов, вероятно, за счет дефекта созревания промежуточных клеток; фактор 2 ― это иммуносупрессия (избыток IL10), влекущая угнетение дифференциации неклассических моноцитов и недостаток галектина-2, который создает условия для нарушения созревания в тканях моноцитов в провоспалительные М1-макрофаги. При этом факторы по величине дисперсий практически равнозначны (см. табл. 3).

Анализируя цитокиновой спектр крови у обследованных пациентов как условие для поляризации дифференциации М1- или М2-макрофагов в тканях и принимая во внимание данные литературы, можно прогнозировать особенности этого процесса у больных с различными формами ишемии миокарда. Поскольку IL4 и галектин-9 способствуют созреванию М2-макрофагов, синтезирующих в больших количествах IL10, а IFNγ и галектин-2 ― образованию М1-клеток [6, 16, 24, 25], то недостаточность IL4 и нормальное содержание галектина-9 при дефиците IFNγ и галектина-2 в крови у больных обеих групп (см. табл. 2) предрасполагают к преимущественной дифференциации М2-макрофагов как у больных ИБС, так и у пациентов с ишемической кардиомиопатией. При этом выраженность этих реакций, очевидно, больше при ишемической кардиомиопатии, так как у этих больных обнаруживается избыток IL10 в крови (см. табл. 2).

Ограничения исследования

Результаты проведенного исследования могут быть ограничены клиническим статусом больных, т.к. полученные данные справедливы для больных ИБС с гемодинамически значимым многососудистым поражением магистральных коронарных артерий, которое требует проведения коронарного шунтирования, и поэтому у пациентов в начальной стадии ИБС с уже имеющейся или только формирующейся ишемией установленные в настоящем исследовании отличия могут еще не обнаруживаться, что требует дальнейших исследований. Не исключено, что ограничения могут касаться региона проживания и национальной принадлежности больных ИБС, т.к. результаты получены для лиц европеоидного происхождения, проживающих преимущественно в Сибирском федеральном округе. Следует отметить небольшой (ввиду редкой встречаемости патологии) объем выборки больных ИБС с ишемической кардиомиопатией; последующее накопление данных позволит получить достоверные различия для содержания IL10 и неклассических моноцитов в крови не только по сравнению с нормой (как в настоящем исследовании), но и между группами пациентов.

Заключение

Таким образом, на сегодняшний день в литературе имеются фрагментарные сведения о роли иммунорегуляторных молекул в механизмах нарушения дифференциации моноцитов при ишемической кардиомиопатии: есть немногочисленные данные о патогенезе, рассматривающие в качестве патогенетического фактора развития заболевания нарушение иммунорегуляторных механизмов ремоделирования миокарда, и об иммуносупрессорном влиянии хронической гипоксии, но в обоих случаях без описания участия субпопуляций моноцитов в этом процессе. С другой стороны, в литературе достаточно информации о субпопуляциях моноцитов и нарушении их дифференциации при ИБС, но отсутствуют данные для ишемической кардиомиопатии и плохо описана роль цитокинов в этом процессе. В целом патогенез ишемической кардиомиопатии до конца еще не изучен и, в частности, остается нерешенной проблема участия различных субпопуляций моноцитов в развитии этого заболевания, неизвестна роль цитокинов в их дифференциации.

Настоящее исследование показало, что важным патогенетическим фактором развития ишемической кардиомиопатии является нарушение (возможно, предсуществующее) адаптации клеток организма пациента к гипоксии. Последняя возникает при хронической сердечной недостаточности вследствие атеросклероза сосудов сердца и вызывает у больных ишемической кардиомиопатией гипопродукцию HIF-1α, вероятно, вследствие смещения этого процесса в пользу гиперпродукции HIF-2α, который индуцирует выраженную иммуносупрессию с установленным нами избытком IL10 в крови. Данный цитокин, по результатам корреляционного анализа, угнетает дифференцировку неклассических моноцитов в крови, дефицит которых, очевидно, обусловливает недостаточную протекцию сосудистого эндотелия, и атеросклероз коронарных сосудов становится распространенным, что объясняет формирование ишемии.

В перспективе установленные отличия по сравнению с нормой для содержания неклассических и промежуточных моноцитов, IL10 и HIF-1α в крови у больных ИБС могут стать основой для ранней диагностики ишемической кардиомиопатии, а также для прогнозирования ее развития у больных ИБС, что требует дальнейшего проспективного когортного исследования. Кроме того, знание о взаимосвязи концентрации цитокинов с численностью субпопуляций моноцитов позволит активно управлять дифференциацией этих клеток посредством антицитокиновой терапии у больных с ишемической кардиомиопатией с целью нормализации медиаторного спектра крови и восстановления пула неклассических моноцитов.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (договор № 18-015-00160/19), Совета по грантам Президента Российской Федерации для ведущих научных школ (НШ-2690.2018.7) и для молодых докторов наук (МД-2788.2019.7).

Конфликт интересов. Авторы данной статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

Участие авторов: Чумакова С.П. — разработка дизайна исследования, статистическая обработка результатов и их интерпретация, написание и форматирование рукописи; Шипулин В.М. — формирование идеи исследования, консультирование соавторов по кардиологическим вопросам, интерпретация результатов; Уразова О.И. — материально-техническое обеспечение проведения лабораторных исследований, интерпретация результатов, участие в написании текста рукописи; Погонченкова Д.А. — взаимодействие с пациентами и здоровыми донорами, обеспечение забора биоматериала, анализ медицинских карт больных; Винс М.В. — пробоподготовка биоматериала, выполнение метода проточной цитометрии, анализ литературы; Пряхин А.С. — взаимодействие с пациентами, обеспечение забора биоматериала, консультирование соавторов по кардиологическим вопросам; Колобовникова Ю.В. — выполнение метода иммуноферментного анализа; Чурина Е.Г. — консультирование соавторов по иммунологическим аспектам исследования; Новицкий В.В. — консультирование соавторов по гематологическим и патофизиологическим аспектам исследования, корректировка текста рукописи. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию до публикации.

About the authors

Svetlana P. Chumakova

Siberian State Medical University

Author for correspondence.
Email: Chumakova_S@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3468-6154
SPIN-code: 7536-2834

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

MD, PhD, Professor

Vladimir M. Shipulin

Siberian State Medical University; Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences, Cardiology Research Institute

Email: shipulin@cardio-tomsk.ru
ORCID iD: 0000-0003-1956-0692

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050; 5, Kooperativnyi s.s., Tomsk region, Tomsk, 634009

MD, PhD, Professor

Olga I. Urazova

Siberian State Medical University

Email: urazova72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9457-8879

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

MD, PhD, Professor

Darya A. Pogonchenkova

Siberian State Medical University

Email: azarova_d_a@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5903-3662
SPIN-code: 4141-9068

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

Maria V. Vince

Siberian State Medical University

Email: wmw_1991@mail.ru
SPIN-code: 8198-5676

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

ассистент кафедры патофизиологии

Andrew S. Pryakhin

Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences, Cardiology Research Institute

Email: andrew.prk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0532-8091
SPIN-code: 9716-9356

Russian Federation, 5, Kooperativnyi s.s., Tomsk, 634009

аспирант отделения сердечно-сосудистой хирургии

Yulia V. Kolobovnikova

Siberian State Medical University

Email: kolobovnikova.julia@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7156-2471
SPIN-code: 3638-1577

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

MD, PhD, Professor

Elena G. Churina

Siberian State Medical University; Tomsk State University (TSU)

Email: Lena1236@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8509-9921
SPIN-code: 9804-5093

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050; 34a, Lenina prospect, Tomsk, 634050

д.м.н., профессор кафедры

Vyacheslav V. Novitskiy

Siberian State Medical University

Email: kaf.pat.fiziolog@ssmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9577-8370
SPIN-code: 7160-6881

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

MD, PhD, Professor

References

  1. Гавриш А.С., Пауков В.С. Ишемическая кардиомиопатия. ― М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. ― 536 с. [Gavrish AS, Paukov VS. Ishemicheskaya kardiomiopatiya. Moscow: GEOTAR-Media, 2015. 536 р. (In Russ).]
  2. Guddeti RR, Matsuo Y, Matsuzawa Y, et al. Ischemic cardiomyopathy is associated with coronary plaque progression and higher event rate in patients after cardiac transplantation. J Am Heart Assoc. 2014;3(4):e001091. doi: 10.1161/JAHA.114.001091.
  3. Kwon DH, Obuchowski NA, Marwick TH, et al. Jeopardized myocardium defined by late gadolinium enhancement magnetic resonance imaging predicts survival in patients with ischemic cardiomyopathy: impact of revascularization. J Am Heart Assoc. 2018;7(22):e009394. doi: 10.1161/JAHA.118.009394.
  4. Kaya Z, Leib C, Katus HA. Autoantibodies in heart failure and cardiac dysfunction. Circ Res. 2012;110(1):145−158. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.243360.
  5. Bansal SS, Ismahil MA, Goel M, et al. Dysfunctional and proinflammatory regulatory T-lymphocytes are essential for adverse cardiac remodeling in ischemic cardiomyopathy. Circulation. 2019;139(2):206−221. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.036065.
  6. Rojas J, Salazar J, Martínez MS, et al. Macrophage heterogeneity and plasticity: impact of macrophage biomarkers on atherosclerosis. Scientifica (Cairo). 2015;2015:851252. doi: 10.1155/2015/851252.
  7. Ziegler-Heitbrock L. Blood monocytes and their subsets: established features and open questions. Front Immunol. 2015;6:423. doi: 10.3389/fimmu.2015.00423.
  8. Boyette LB, Macedo C, Hadi K, et al. Phenotype, function, and differentiation potential of human monocyte subsets. PLoS One. 2017;12(4):e0176460. doi: 10.1371/journal.pone.0176460.
  9. Felker GM, Shaw LK, O’Connor CM. A standardized definition of ischemic cardiomyopathy for use in clinical research. J Am Coll Cardiol. 2002;39(2):210−218. doi: 10.1016/S0735-1097(01)01738-7.
  10. Потапнев М.П. Аутофагия, апоптоз, некроз клеток и иммунное распознавание своего и чужого // Иммунология. ― 2014. ― Т.35. ― №2. ― С. 95−102. [Potapnev MP. Autophagy, apoptosis, necrosis and immune recognition of self and nonself. Immunologiia. 2014;35(2):95−102. (In Russ).]
  11. Чумакова С.П., Уразова О.И., Шипулин В.М., и др. Цитокины как индукторы постперфузионной системной воспалительной реакции у кардиохирургических больных с различной продолжительностью коронарной патологии // Бюллетень сибирской медицины. ― 2017. ― Т.16. ― №4. ― С. 260−268. [Chumakova SP, Urazova OI, Shipulin VM, et al. Cytokines as inducers of postperfusion systemic inflammatory reaction in cardiosurgical patients with different duration of coronary pathology. Bulletin of Siberian Medicine. 2017;16(4):260−268. (In Russ).] doi: 10.20538/1682-0363-2017-4-260-268.
  12. Wacleche VS, Tremblay CL, Routy JP, Ancuta P. The biology of monocytes and dendritic cells: contribution to HIV pathogenesis. Viruses. 2018;10(2):65. doi: 10.3390/v10020065.
  13. Dutta P, Nahrendorf M. Monocytes in myocardial infarction. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2015;35(5):1066–1070. doi: 10.1161/ATVBAHA.114.304652.
  14. Лилли Л.С. Патофизиология сердечно-сосудистой системы / Под ред. Л.С. Лилли; пер. с англ. 4-е изд., испр. и перераб. ― М.: Бином. Лаборатория знаний, 2016. ― 735 c. [Lilly LS. Pathophysiology of the cardiovascular system. Ed by LS Lilly; transl. from English. 4th revised and updated. Moscow: Binom. Knowledge laboratory; 2016. 735 р. (In Russ).]
  15. Gagliani N, Huber S. Basic aspects of T-helper cell differentiation. T-cell differentiation: methods and protocols. Methods Mol Biol. 2017;1514:19–30. doi: 10.1007/978-1-4939-6548-9_2.
  16. Yıldırım C, Vogel DY, Hollander MR, et al. Galectin-2 induces a proinflammatory, anti-arteriogenic phenotype in monocytes and macrophages. PLoS One. 2015;10(4):e0124347. doi: 10.1371/journal.pone.0124347.
  17. Singhal A, Subramanian M. Colony stimulating factors (CSFs): complex roles in atherosclerosis. Cytokine. 2019;122:154190. doi: 10.1016/j.cyto.2017.10.012.
  18. Cappuzzello C, Di Vito L, Melchionna R, et al. Increase of plasma IL-9 and decrease of plasma IL-5, IL-7, and IFN-γ in patients with chronic heart failure. J Transl Med. 2011;9:28. doi: 10.1186/1479-5876-9-28.
  19. Wan DY, Zhang Z, Yang HH. Cardioprotective effect of miR-214 in myocardial ischemic postconditioning by down-regulation of hypoxia inducible factor 1, alpha subunit inhibitor. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2015;61(2):1−6.
  20. Koh MY, Powis G. Passing the baton: the HIF switch. Trends Biochem Sci. 2012;37(9):364−372. doi: 10.1016/j.tibs.2012.06.004.
  21. Lin N, Simon MC. Hypoxia-inducible factors: key regulators of myeloid cells during inflammation. J Clin Invest. 2016;126(10):3661−3671. doi: 10.1172/JCI84426.
  22. Hsiao HW, Hsu TS, Liu WH, et al. Deltex1 antagonizes HIF-1α and sustains the stability of regulatory T cells in vivo. Nat Commun. 2015;6:6353. doi: 10.1038/ncomms7353.
  23. Серебренникова С.Н., Семинский И.Ж., Семенов Н.В., Гузовская Е.В. Интерлейкин-1, интерлейкин-10 в регуляции воспалительного процесса // Сибирский медицинский журнал. ― 2012. ― Т.115. ― №8. ― С. 5−7. [Serebrennikova SN, Seminskу IZh, Semenov NV, Guzovskaya EV. Interleukin-1, interleukin-10 in regulation of inflammatory process. Sibirskii meditsinskii zhurnal. 2012;115(8):5–7. (In Russ).]
  24. Wang LХ, Zhang SХ, Wu HJ, et al. M2b macrophage polarization and its roles in diseases. J Leukoc Biol. 2019;106(2):345−358. doi: 10.1002/JLB.3RU1018-378RR.
  25. Enninga EA, Nevala WK, Holtan SG, et al. Galectin-9 modulates immunity by promoting Th2/M2 differentiation and impacts survival in patients with metastatic melanoma. Melanoma Res. 2016;26(5):429–441. doi: 10.1097/CMR.0000000000000281.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Statistics

Views

Abstract - 607

PDF (Russian) - 45

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions



Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies