Обнаружен общий сигнальный путь, приводящий к сердечному фиброзу

Исследователи обнаружили, что три подтипа аденозиновых рецепторов, которые обычно посылают разные сигналы, сходятся на общем пути, активирующем сердечные фибробласты — клетки, формирующие рубцовую ткань в сердце. Совместное блокирование этих рецепторов дает значительно более сильный антифиброзный эффект, чем блокирование каждого из них по отдельности.

Ученые из Стэнфордского сердечно-сосудистого института охарактеризовали неожиданный сигнальный путь, который стимулирует сердечный фиброз — накопление рубцовой ткани, из‑за чего сердце становится более жестким и хуже перекачивает кровь. Открытие подтвердили на человеческих клетках, искусственно созданных тканях сердца и в мышиных моделях.

Сердечный фиброз встречается при многих формах сердечных заболеваний и способствует развитию сердечной недостаточности, но в настоящий момент ни одна одобренная терапия не направлена прямо на процесс рубцевания.

«Это исследование идентифицирует общий сигнал, посредством которого несколько аденозиновых рецепторов могут управлять активацией сердечных фибробластов», — сказал Джозеф К. Ву, доктор медицинских наук, директор Стэнфордского сердечно-сосудистого института и соответствующий автор исследования. «Объединив модели стволовых клеток человека с механистическими исследованиями и экспериментами на животных, мы могли связать результат скрининга с конкретным биологическим путем, который требует дальнейшего терапевтического изучения».

Начав с человеческих клеток

Исследователи создали скрининговую платформу на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (ИПСК), которые можно выращивать в больших количествах и дифференцировать в разные типы сердечных клеток.

В рамках скрининга они проверили около 4000 биологически активных соединений на способность останавливать активацию сердечных фибробластов и образование рубцовых клеток. Многообещающие вещества дополнительно тестировали на кардиомиоцитах и клетках сосудистой стенки, чтобы отсеять кандидатов с побочными или токсичными эффектами для сердца.

Ведущим кандидатом стало соединение CGS15943 (CGS), которое блокирует несколько аденозиновых рецепторов. Его антифиброзную активность подтвердили на первичных человеческих сердечных фибробластах, на фибробластах пациентов с кардиомиопатией и в трёхмерно инжнерных тканях сердца человека. В сконструированных тканях CGS снижал жёсткость и улучшал фазы сокращения и расслабления.

В мышиной модели с уже развившимся сердечным фиброзом CGS замедлял дальнейшее нарастание рубцевания и снижение функции сердца, но не устранял уже сформированную рубцовую ткань.

«Нам нужна была скрининговая платформа, которая позволила бы быстро исключить любые лекарства, вредящие сердцу, а не только идентифицировать соединения, которые останавливают рубцевание», — сказал Хао Чжан, доктор медицинских наук, доцент Калифорнийского университета в Лос‑Анджелесе, первый автор исследования, инициировавший проект в Стэнфорде.

Три рецептора имеют один путь

CGS блокирует рецепторы аденозина — естественной сигнальной молекулы, уровень которой повышается при стрессе и повреждении тканей. Исследователи сосредоточились на трёх подтипах аденозиновых рецепторов (A1, A2A и A2B), обнаруженных на сердечных фибробластах.

Эти рецепторы относятся к большому семейству рецепторов, связанных с G‑белком (GPCR). Обычно они сигнализируют через разные G‑альфа субъединицы и могут давать различные, иногда противоположные эффекты. Однако исследователи обнаружили, что все три также сходятся на общем сигнале — G‑бета‑гамма, часто недооцениваемом участнике передачи сигналов GPCR.

Блокирование одного рецептора в изоляции давало лишь ограниченный эффект на активацию фибробластов; одновременное блокирование всех трёх приводило к значительно более сильному результату. Это может объяснить противоречивые данные предыдущих исследований, посвящённых отдельным аденозиновым рецепторам.

«Эти аденозиновые рецепторы обычно передают сигналы через разные G‑альфа‑белки, но здесь мы показываем, что все три действуют необычным образом», — сказал Рабиндра В. Шивнарайн, доктор философии, один из первых авторов. «Этот общий, нетрадиционный сигнал G‑бета‑гамма помогает объяснить, почему совместное блокирование рецепторов имело гораздо более сильный антифиброзный эффект, чем воздействие на них по одному».

Шивнарайн выполнял постдокторское исследование в группе Брайана Кобилки на факультете молекулярной и клеточной физиологии (MCP) Стэнфордского университета. Кобилка, соавтор работы, получил Нобелевскую премию по химии 2012 года за исследования GPCR.

Непосредственное тестирование пути

Дальнейшие эксперименты проверили, достаточно ли воздействия на сам G‑бета‑гамма для снижения фиброза: в мышиной модели повреждения сердца селективная блокировка этого сигнала в фибробластах уменьшала сердечный фиброз и улучшала функцию сердца.

Эксперименты также связали G‑бета‑гамма с нисходящими сигнальными каскадами, которые контролируют активацию фибробластов и экспрессию генов, участвующих в образовании рубцовой ткани. В совокупности результаты указывают, что нацеливание на общую точку, где сходятся несколько патологических сигналов, может быть более эффективным, чем блокирование каждого из них по отдельности.

CGS — это исследовательское соединение, подтверждающее концепцию, а не признанное лечение. Дальнейшая разработка потребует оптимизации молекулы, а также специальных исследований безопасности и фармакокинетики. Авторы также наблюдали антифиброзные эффекты в человеческих келоидных фибробластах и в мышиной модели фиброза кожи, что свидетельствует о возможной актуальности этого пути при фиброзе за пределами сердца.

Исследование «Нацеливание на атипичный сигнальный путь, связанный с G‑белком‑рецептором, для терапии сердечного фиброза» было опубликовано в журнале Science.