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

MD, PhD, Professor

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

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

MD, PhD, Professor

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

Olga I. Urazova

Siberian State Medical University

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

MD, PhD, Professor

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

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

ассистент кафедры патофизиологии

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

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

аспирант отделения сердечно-сосудистой хирургии

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

Yulia V. Kolobovnikova

Siberian State Medical University

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

MD, PhD, Professor

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

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

д.м.н., профессор кафедры

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

Vyacheslav V. Novitskiy

Siberian State Medical University

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

MD, PhD, Professor

Russian Federation, 2, Moscowski Trakt, Tomsk, 634050

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: 910

PDF (Russian): 115

Article Metrics

Metrics Loading ...

Dimensions

PlumX


Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences



This website uses cookies

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

About Cookies