Циркулирующие в крови стволовые клетки: динамика и значение при остром инфаркте миокарда Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ЦИРКУЛИРУЮЩИЕ В КРОВИ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: ДИНАМИКА И ЗНАЧЕНИЕ ПРИ ОСТРОМ ИНФАРКТЕ МИОКАРДА

М.А. Штатолкина1, 2, В.В. Рябов1, 2, Т.Е. Суслова1, В.А. Марков1, 2

1НИИ кардиологии СО РАМН, Томск 2ГОУ ВПО Сибирский государственный медицинский университет Росздрава, Томск E-mail: PTmakus@yandex.ru

CIRCULATING BONE MARROW STEM CELLS: DYNAMICS AND VALUES IN ACUTE MYOCARDIAL INFARCTION

M.A. Shtatolkina1, 2, V.V. Ryabov1, 2, T.E. Suslova1, V.A. Markov1, 2

Institute of Cardiology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, Tomsk 2Siberian State Medical University, Tomsk

В работе изучено значение стволовых клеток, циркулирующих в крови, при развитии острого первичного крупноочагового инфаркта миокарда. Показано, что уже в первые часы острого инфаркта миокарда количество циркулирующих в крови CD34+38-, CD133+, CD117+, CD90+34- клеток значительно увеличивается в сравнении со здоровыми лицами. Приведены данные, демонстрирующие участие исследуемых стволовых клеток в компенсаторно-приспособительных реакциях у больных острым инфарктом миокарда.

Ключевые слова: стволовые клетки, циркулирующие в крови, инфаркт миокарда, глобальная функция сердца.

We studied the reaction of the bone marrow on the development of acute primary large-focal myocardial infarction. It was shown that within first hours of acute myocardial infarction the number of circulating in the blood CD34+38-, CD133+, CD117+, CD90+34- cells in bone marrow significantly increased in comparison with healthy individuals. The data showing the involvement of stem cells studied in the compensatory-adaptive reactions in patients with acute myocardial infarction is provided.

Key words: stem cells, circulating in the blood, myocardial infarction, global heart function.

Введение

Острый инфаркт миокарда (ИМ) остается основной причиной развития хронической сердечной недостаточности (ХСН), которая приводит к инвалидизации и смертности больных во всем мире. Несмотря на успехи современных консервативных и оперативных методов лечения, проблема прогрессирования данных патологий со-

храняется. Относительно новым направлением в лечении ишемической болезни сердца являются клеточные технологии. Несколько лет назад в кардиологической практике начался бум по изучению и применению стволовых клеток (СК). При этом в экспериментальных [1, 2, 11, 14] и клинических [5, 6, 8-10, 16] работах изучались различные типы СК: эмбриональные, фетальные и СК взросло-

го организма. Основным или наиболее изученным источником СК является костный мозг (КМ). Фетальный и взрослый КМ содержит три особенно многочисленные популяции СК - гематопоэтические СК (ГСК), мезенхимальные СК (МСК) и предшественники эндотелиоцитов (ПЭ), различающихся по фенотипу [4]. Каково же участие КМ при развитии ишемии органа?

Ишемическое повреждение приводит к выбросу из очага повреждения таких цитокинов, как сосудистый эндотелиальный фактор роста-2 (УЕСБ-2), фактор стро-мальных клеток-1 (8ББ-1), инсулиноподобный фактор роста-1 (1СБ-1), фактор стволовых клеток (8СБ) и другие. Эти цитокины, воздействуя на свои рецепторы, обеспечивают выброс СК из КМ и их привлечение в очаг повреждения [3].

Количество СК в крови при остром ИМ возрастает в течение 12 часов после возникновения симптомов и остается значительно более высоким по сравнению с пациентами со стабильной стенокардией и здоровыми лицами [15]. Сходная картина описана и БЫшт [12]. Кроме того, в условиях эксперимента показано, что циркулирующие СК КМ принимают участие в процессах восстановительной регенерации миокарда. Это происходит за счет паракринных эффектов данных СК, стимуляции неоангиогенеза, что в конечном итоге приводит к предупреждению дезадаптивного постинфарктного ремоделирования сердца [3]. Имеющаяся небольшая информация по циркулирующим СК при остром ИМ обусловила выбранное нами направление поиска. Цель исследования: определить динамику и значение циркулирующих в крови СБ34+38-, СБ133+, СБ117+, СБ90+34- клеток у больных острым первичным крупноочаговым ИМ. СБ34+38- клетки являются фенотипически чистой популяцией ГСК. По характеристикам светорассеяния данный фенотип СК соответствует малому, среднему или крупному лимфоциту. Данная популяция клеток обладает способностью дифференцироваться в различные типы клеток (клеток крови, кардиомиоциты, гепатоциты) в зависимости от микроокружения [13]. СБ133+, СБ117+ клетки относятся к незрелым ГСК и являются эндотелиальными клетками-предшественниками костномозгового происхождения. Таким образом, они могут улучшать сердечную функцию после ИМ путем неоваскуляризации. СБ90+34- клетки относятся к МСК и клеткам - предшественникам лимфоцитов.

Материал и методы

В исследование включены 19 пациентов, из которых 14 (74%) мужчин и 5 (26%) женщин в возрасте 58±20 лет. У всех пациентов (100%) диагностирован острый первичный передний крупноочаговый ИМ. При поступлении в стационар 4 (47%) больным выполнена первичная ангиопластика. У 2 (11%) больных наступила спонтанная реперфузия инфарктсвязанной коронарной артерии (ИСКА). Остальным 13 (68%) больным проводилась ТЛТ стрептокиназой 1,5 млн ЕД, из которых 2 (15%) больным в последующем выполнена спасительная ангиопластика, а 11 (85%) - отсроченная ангиопластика. Среднее время реканализации ИСКА от начала ИМ составило 5,0 (4,4; 6,0) часов. Клиническое течение ИМ оценивали по данным

общепринятых физикального, рентгенологического, электро-, эхокардиографического и лабораторных методов исследования. Все пациенты подписали информированное согласие на проведение клинического исследования.

Всем больным проведен забор цельной крови в количестве 2 мл, взятой с ЭДТА из локтевой вены на 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки ИМ с целью определения CD34+38-, CD133+, CD117+, CD90+34- клеток методом проточной ци-тофлуориметрии на приборе FACSCalibur (Becton Dickinson, USA). Подсчитывали абсолютное и относительное содержание клеток. Для сравнения проводился однократный забор крови у группы здоровых добровольцев в количестве 6 мужчин, средний возраст - 41±9 лет. На момент включения и обследования добровольцы были абсолютно здоровы. Острых воспалительных заболеваний либо обострений хронических заболеваний не отмечено. Кроме того, обязательным условием включения было отсутствие анамнеза сердечно-сосудистых заболеваний.

Выполняли эхокардиографическое исследование (ультразвуковая система VIVID 7, GE Vingmed Ultrasound, Norway) в день поступления, на 3-и, 7-е и 21-е сутки ИМ. Оценивали показатели глобальной систолической функции левого желудочка (ЛЖ): конечный диастолический объем (КДО), конечный систолический объем (КСО) и фракцию выброса (ФВ) ЛЖ.

Статистический анализ данных выполнен с использованием программы Statistica v6.0. Проверка нормальности распределения производилась методом Колмогорова-Смирнова с поправкой Лиллиефорса. В связи с ненормальным распределением при анализе количественных и качественных признаков применялись непараметрические методы - тест Манна-Уитни и корреляционный анализ с помощью коэффициента Спирмена (R). Средние выборочные значения количественных признаков приведены в тексте в виде Ме (25;75), где Ме - медиана, 25 - нижний квартиль, 75 - верхний квартиль. Во всех процедурах статистического анализа критический уровень значимости р принимался равным 0,05. В случае р более 0,05, но менее 0,1 говорили о тенденции к достоверности различий.

Результаты и обсуждение

Нами впервые продемонстрирована динамика содержания циркулирующих в крови CD34+38-, CD133+, CD117+, CD90+34- клеток у больных острым первичным крупноочаговым ИМ (рис. 1-4). Абсолютное и относительное количество исследованных СК было значительно выше у пациентов с острым ИМ на протяжении всего периода наблюдения в сравнении со здоровыми добровольцами. В большинстве случаев максимальный выброс СК в кровь наблюдается в ранние сроки острой миокардиальной ишемии.

Изучение взаимосвязей между содержанием исследованных СК, циркулирующих в периферическом русле, в 1-е сутки ОИМ и основными клинико-анамнестическими параметрами показало, что такой фактор риска ИБС, как курение влияет на содержание абсолютного и относительного количества CD90+34- клеток; что половой при-

СП 117+ к\ їстки, абсолютное к'ол-во

СП 117+ клетки, относительное кол-во

♦

. *

х .. —♦— Бальные ““ “ Контроль

—■— Бальные “ Котнроль

1-есут 3-исут 7-есут 21-е сут

1-есут 3-исут 7-есут 21-е сут

Рис. 1. Динамика абсолютного и относительного количества СБ117+ клеток в крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * - различия между больными и добровольцами, р<0,05; ** - различия относительно исходных значений внутри группы, р<0,05

Рис. 2. Динамика абсолютного и относительного количества СБ133+ клеток в крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * - достоверность различий показателя между больными и добровольцами, р<0,05

СН34+38- клетки, абсолютное кол-во

СП34+38- клетки, относительное кол-во

3

2,5

2

I ^ 1

0,5

О

* ■ ■ ■ \ /

—Ш— Больные — “Контроль

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

0

Больные • Контроль

1-е сут 3-исут 7-е сут 21-е сут

1-е сут 3-й сут 7-е сут 21-е сут

Рис. 3. Динамика абсолютного и относительного количества СБ34+38- клеток в крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * - достоверность различий изменения показателей между больными и добровольцами, р<0,05

Рис. 4. Динамика абсолютного и относительного количества СБ90+34- клеток в крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * - достоверность различий изменения показателей между больными и добровольцами, р<0,05

знак и наличие отягощенной наследственности в анамнезе взаимосвязаны с исходным уровнем относительного количества СБ133+ клеток. А именно: у курильщиков исходный уровень СБ90+34- клеток в крови был ниже, чем у больных без данной вредной привычки. У пациентов женского пола и пациентов с отягощенной наследственностью по ССЗ в анамнезе относительное количество СБ133+ клеток в крови в 1-е сутки острого ИМ было высоким в отличие от пациентов, не имеющих в анамнезе сердечно-сосудистой патологии.

Проводя индивидуальный анализ изменения количества СБ34+38-, СБ133+,

СБ117+, СБ90+34- клеток у больных острым ИМ, мы обнаружили нелинейную, разнонаправленную динамику их содержания к 3-м суткам заболевания. В зависимости от этой динамики всех больных разделили на 2 подгруппы: 1-ю подгруппу составили пациенты с исходно низким содержанием клеток и их повышением на 3-и сутки заболевания, 2-ю подгруппы -пациенты с высоким содержанием клеток в начале ИМ и динамикой их уменьшения на 3-и сутки. Исследуемые подгруппы по основным клинико-анамнестическим, эхокардиографическим показателям были сопоставимы.

Изучались взаимосвязи между содержанием количества СБ34+38-, СБ133+,

СБ117+, СБ90+34- клеток и основными функциональными параметрами сердца, такими, как КДО, КСО и ФВ ЛЖ. Выявлено, что максимальный выброс СБ117+кле-ток в кровь в 1-е сутки ИМ отрицательно коррелирует с КДО на 7-е сутки (К=-0,8; р=0,01) и КДО и КСО ЛЖ на 21-е сутки ИМ (К=-0,8; р=0,004). Мобилизация относительного количества СБ133+ клеток в кровь в ранние сроки ИМ положительно коррелирует с уровнем ФВ ЛЖ на 21-е сутки заболевания (К=0,7; р=0,02). Таким образом, данная мобилизация СБ117+ и СБ133+ клеток ассоциирована с благоприятным течением и прогнозом заболевания. Установлены множественные положительные корреляционные связи между как абсолютным, так и относительным количеством СБ34+38-, СБ90+34- клеток и КДО, КСО ЛЖ во все сутки ИМ, отрицательные корреляции с ФВ в разные дни заболевания (табл. 1, 2). То есть, высокий выброс СБ34+38-, СБ90+34- клеток в кровь тесно сопряжен с ремоделированием ЛЖ в виде увеличения объемов и снижения ФВ ЛЖ.

Полученные результаты демонстрируют участие СК в развитии острого первичного крупноочагового ИМ. По-

добно нашим данным, Б. БЫташ и ^^. Wojakowski описывают возрастание количества СК в крови при остром ИМ в течение 12 ч после возникновения симптомов в срав-

Таблица 1

Коэффициенты корреляции между абсолютным, относительным содержанием CD34+38- клеток в крови и основными эхокардиографическими параметрами у больных острым инфарктом миокарда

Показатели Абсолютное количество Относительное количество

1-е сутки 3-и сутки 7-е сутки 1-е сутки 3-и сутки 7-е сутки

R р R Р R Р R Р R Р R Р

КДО 1-е сут 0,8 0,01 0,5 0,2 0,8 0,02 0,6 0,1 0,5 0,1 0,3 0,4

КСО 1-е сут 0,7 0,02 0,5 0,2 0,5 0,2 0,1 0,8 0,1 0,9 -0,2 0,5

ФВ 1-е сут -0,1 0,9 0,1 0,8 0,4 0,2 0,5 0,2 0,4 0,3 0,6 0,07

КДО 3-и сут 0,5 0,08 -0,04 0,9 0,6 0,05 0,6 0,05 0,3 0,3 0,1 0,7

КСО 3-и сут 0,4 0,2 -0,1 0,7 0,4 0,2 0,6 0,05 0,3 0,4 0,2 0,6

ФВ 3-и сут 0,4 0,2 0,4 0,2 0,4 0,2 -0,4 0,2 -0,1 0,6 -0,6 0,04

КДО 7-е сут 0,3 0,3 -0,2 0,6 0,1 0,7 0,4 0,1 0,2 0,5 0,1 0,8

КСО 7-е сут 0,2 0,5 -0,3 0,3 0,2 0,6 0,3 0,2 0,1 0,6 0,1 0,7

ФВ 7-е сут 0,03 0,9 0,4 0,2 0,04 0,9 -0,2 0,5 -0,1 0,8 -0,1 0,8

КДО 21-е сут 0,6 0,02 0,2 0,6 0,4 0,2 0,3 0,3 -0,02 0,9 -0,1 0,6

КСО 21-е сут 0,4 0,1 0,07 0,8 0,3 0,3 0,2 0,4 0,2 0,5 -0,1 0,7

ФВ 21-е сут -0,1 0,7 0,03 0,9 -0,1 0,7 -0,1 0,6 -0,4 0,1 0,004 1,0

КДО 6 мес. 0,2 0,5 0,1 0,8 0,2 0,6 0,5 0,07 -0,02 0,9 -0,2 0,6

КСО 6 мес. 0,1 0,7 0,1 0,8 -0,2 0,6 0,5 0,06 0,3 0,2 -0,2 0,5

ФВ 6 мес. 0,03 0,9 -0,1 0,8 0,3 0,4 -0,4 0,1 -0,5 0,06 0,1 0,6

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между абсолютным, относительным содержанием CD90+34- клеток в крови и основными эхокардиографическими параметрами у больных острым инфарктом миокарда

Показатели Абсолютное количество Относительное количество

1-е сутки 3-и сутки 7-е сутки 1-е сутки 3-и сутки 7-е сутки 21-е сутки

R р R Р R Р R Р R Р R Р R р

КДО 1-е сут 0,5 0,2 -0,4 0,4 0,9 0,04 -0,4 0,4 0,1 0,8 -0,5 0,2 -0,5 0,3

КСО 1-е сут 0,5 0,3 -0,2 0,6 0,8 0,01 -0,04 0,9 0,2 0,7 -0,2 1,0 0,03 1,0

ФВ 1-е сут 0,3 0,5 -0,1 0,7 0,3 0,4 -0,1 0,9 -0,2 0,7 0,1 0,8 -0,1 0,9

КДО 3-и сут 0,5 0,2 -0,2 0,6 0,9 0,01 0,2 0,5 0,5 0,09 0,3 0,4 -0,04 0,9

КСО 3-и сут 0,4 0,3 -0,5 0,2 0,9 0,01 0,3 0,4 0,6 0,04 0,3 0,4 0,02 1,0

ФВ 3-и сут 0,2 0,7 0,5 0,3 -0,1 0,8 -0,5 0,1 -0,02 1,0 -0,2 0,6 -0,2 0,6

КДО 7-е сут 0,6 0,1 0,1 0,8 0,9 0,002 -0,01 1,0 0,1 0,7 -0,03 0,9 0,1 0,8

КСО 7-е сут 0,4 0,3 -0,02 1,0 0,9 0,01 0,2 0,4 0,3 0,3 0,1 0,7 0,2 0,5

ФВ 7-е сут -0,1 0,8 0,05 0,9 -0,6 0,1 -0,4 0,1 -0,3 0,4 -0,01 1,0 -0,7 0,01

КДО21-е сут 0,5 0,2 -0,1 0,8 0,8 0,01 0,1 0,8 0,2 0,4 0,1 0,7 0,1 0,7

КСО 21-е сут 0,5 0,3 -0,1 0,9 0,8 0,02 0,1 0,7 0,3 0,2 0,2 0,6 0,2 0,6

ФВ 21-е сут -0,1 0,7 -0,04 0,9 -0,5 0,2 0,04 0,9 -0,3 0,2 -0,03 0,9 -0,1 0,7

КДО 6 мес. 0,3 0,5 -0,1 0,9 0,5 0,2 -0,1 0,7 -0,01 1,0 -0,1 0,8 -0,1 0,8

КСО 6 мес. 0,3 0,5 0,04 0,9 0,6 0,1 0,1 0,9 -0,3 0,3 0,2 0,6 -0,2 0,6

ФВ 6 мес. -0,4 0,4 0,1 0,8 -0,8 0,02 0,1 0,9 0,2 0,4 -0,01 1,0 0,2 0,6

нении со здоровыми лицами [12, 15]. Мы показали, что абсолютное и относительное количество циркулирующих в крови СБ34+38-, СБ133+, СБ117+, СБ90+34- клеток остается повышенным на протяжении всего периода госпитализации.

Установлена нелинейная динамика содержания циркулирующих в крови СБ34+38-, СБ133+, СБ117+, СБ90+34-клеток на 3-и сутки ИМ в зависимости от их исходного значения. Почему же у одних больных организм моментально реагирует на стрессовую реакцию (острый ИМ) путем выброса СК в кровь, а у других только спустя время? Вероятнее всего, причиной является состояние гемо-поэтической и иммунной систем человека в момент “стресса”. Одним из важных компонентов иммунной системы являются цитокины. Количество продуцируемых

цитокинов связано с размером очага повреждения, то есть большая зона инфаркта может быть более сильным стимулом для высвобождения цитокинов и, соответственно, клеточной мобилизации в кровь, и наоборот, что подтверждается результатами исследования A.M. Leone [7]. Исходно низкое содержание СК в периферическом русле, возможно, связано с тем, что в зоне большого ИМ синтез, например, SDF-1 или SCF в периинфарктных КМЦ может быть значительно выше и может индуцировать более эффективное привлечение клеток, что ведет к снижению числа клеток в периферической крови по сравнению с менее распространенным ИМ [15].

Заключение

Таким образом, по результатам нашего исследования с учетом выявленных корреляционных взаимосвязей установлено, что у больных острым первичным крупноочаговым ИМ высокий уровень циркулирующих в крови CD117+, CD133+ клеток ассоциирован с благоприятным течением и прогнозом заболевания в виде улучшения сократительной функции сердца. А высокий выброс CD34+38-, CD90+34- клеток тесно сопряжен с процессами ремоделирования ЛЖ в виде увеличения его объемов и снижения ФВ.

Литература

1. Казаков А.А., Мюллер П., Бельтрами А.П. и др. Стволовые клетки и регенерация миокарда человека // Кардиология.

- 2005. - Т. 11. - С. 65-75.

2. Ставрова Л.А., Фомина Т.И., Плотников М.Б. и др. Фармакологическая регуляция функциональной активности стволовых клеток при восстановлении миокарда в постинфар-ктном периоде // Клеточные технологии в биологии и медицине. - 2005. - № 4. - С. 190-194.

3. Смолянинов А.Б., Лобзин Ю.В., Васильев В.Б. и др. Стволовые клетки в клеточной кардиомиопластике при ишемической болезни сердца // Трансфузиология. - 2006. - Т. 2.

- С. 4-39.

4. Ярыгин К.Н. Роль циркулирующих стволовых клеток в физиологической и репаративной регенерации // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 2008.

- № 1. - С. 2-8.

5. Kang H.J., Kim H.S., Zhang S.Y. et al. Effects of intracoronary infusion of peripheral blood stem cells mobilized with granulocyte-colony stimulating factor on left ventricular systolic and restenosis after coronary stenting in myocardial infarction: the MAGIC cell randomized clinical trial // Lancet. - 2004. -Vol. 363 (9411). - Р. 751-756.

6. Katritsis D.G., Sotiropoulou P.A., Karvouni E. et al. Tpanscoronary transplantation of autologous mesenchymal stem cells and endothelial progenitors into infracted human myocardium //

Catheter Cardiovasc. Interv. - 2005. - Vol. 65 (3). - Р- 321-329.

7. Leone A.M., Rutella S., Bonanno G. et al. Mobilization of bone marrowderived stem cells after myocardial infarction and left ventricular function // Cell Tissue Res. - 2008. - Vol. 331. -Р. 283- 300.

8. Limbourg F.P., Drexler H. Bone marrow stem cells for myocardial infarction: effector or mediator? // Circ. Res. - 2005. - No. 96.

- Р. 6-8.

9. Lunde K., Solheim S., Aakhus S. et al. Intracoronary Injection of Monocuclear Bone Marrow Cells in Acute Myocardial Infarction // N. Engl. J. Med. - 2006. - Vol. 355. - Р. 1999-1209.

10. Meyer G.P., Wollert K.C., Lotz J. et al. Intracoronary Bone Marrow Cell Transfer After Myocardial Infarction. Eighteen Months’ Follow-Up Data from the Randomized, Controlled BOOST (BOne marrOw transfer to enhance ST-elevation infarct regeneration) Trial // Circulation. - 2006. - Vol. 113. - Р- 12871294.

11. Orlic D., Kajstura J., Chimenti S. et al. Bone marrow cells regenerate infracted myocardium // Nature. - 2001. - Vol. 410.

- Р. 701-705.

12. Shintani S., Murohara T., Ikeda H. et al. Mobilization of endothelial progenitor cells in patients with acute myocardial infarction // Circulation. - 2001. - Vol. 103. - Р- 2776.

13. Theise N.D., Badve S., Saxena R. et al. Derivation of hepatocytes from bone marrow cells in mice after radiationinduced myeloablation // Hepatology. - 2000. - Vol. 31 (1). - Р. 235240.

14. Tomita S., Li R.K., Weisel R.D. et al. Autologous transplantation of bone marrow cell inproves damaged heart function // Circulation. - 1999. - Vol. 100 (suppl. II). - Р. 247-256.

15. Wojakowski W., Michal Tendera, Anna Michalowska, Marcin Majka et al. Mobilization of CD34/CXCR4+, CD34/CD117+, c-met+ Stem Cells, and Mononuclear Cells Expressing Early Cardiac, Muscle, and Endothelial Markers Into Peripheral Blood in Patients With Acute Myocardial Infarction // Circulation. -2004. - Vol. 110. - Р. 3213-3220.

16. Zhang S., Guo J., Zhang P. Long-term effects of bone marrow mononuclear cell transplantation on left ventricular function and remodeling in rats // Life Sci. - 2004. - Vol. 74 (23). -Р. 2853-2864.

Поступила 01.09.2010