Переключение того, что электростанции клеток сердца потребляют на энергию, может помочь сердцу регенерировать, когда клетки умирают, предполагает новое исследование, проведенное исследователями UT Southwestern. Открытие, опубликованное в 20 февраля 2020 г. Nature Metabolism может открыть совершенно новые возможности для лечения различных состояний, при которых сердечная мышца становится поврежденной, включая сердечную недостаточность, вызванную вирусами, токсинами, высоким содержанием крови давление или сердечные приступы.

Современные фармацевтические методы лечения сердечной недостаточности, включая ингибиторы АПФ и бета-блокаторы, направлены на то, чтобы остановить порочный цикл потери сердечной мышцы, так как напряжение еще больше повреждает оставшуюся сердечную мышцу, вызывая гибель большего количества клеток, объясняет UT Юго-западный врач-исследователь Хешам А. Садек, MD, Ph.D., J. Fred Schoellkopf, Jr. Кафедра кардиологии. Не существует способов лечения для восстановления сердечной мышцы.

Девять лет назад Садек и его коллеги обнаружили, что сердца млекопитающих могут регенерировать, если они повреждены в первые несколько дней жизни, вызванные делением кардиомиоцитов, клеток, ответственных за сократительную силу сердца. Однако к 7 дням эта способность полностью теряется, что является резким поворотным моментом, когда деление этих клеток резко замедляется.

Последующие исследования показали, что это изменение регенеративной способности, по-видимому, происходит, по крайней мере частично, от повреждения свободных радикалов, генерируемых органеллами, известными как митохондрии, которые питают клетки. Эти свободные радикалы повреждают ДНК клеток, явление, называемое повреждением ДНК, которое побуждает их прекратить делиться.

Кажется, что сдвиг в производстве свободных радикалов вызван изменением того, что митохондрии в кардиомиоцитах расходуют на энергию, объясняет Садек. Хотя митохондрии полагаются на глюкозу в утробе матери и при рождении, они переходят на жирные кислоты в последующие дни после рождения, чтобы использовать эти энергетически плотные молекулы в грудном молоке.

Садек и его коллеги задались вопросом, может ли принуждение митохондрий продолжать потреблять глюкозу блокировать повреждение ДНК и, в свою очередь, расширять окно для регенерации клеток сердца. Чтобы проверить эту идею, исследователи провели два разных эксперимента.

Вначале они следовали за щенками мышей, чьи матери были генетически изменены, чтобы производить грудное молоко с низким содержанием жира, и которые питались кормом с низким содержанием жира после отъема. Исследователи обнаружили, что сердца этих грызунов сохранили способность к регенерации на несколько недель позже, чем обычно, при этом их кардиомиоциты продолжают экспрессировать гены, связанные с делением клеток, в течение значительно более длительного периода времени, чем те, которые питались обычным молоком и едой. Однако, этот эффект не продлился во взрослую жизнь – их печень в конечном счете восполнила дефицит, синтезируя жиры, которые отсутствовали в их рационе, что значительно уменьшило регенеративную способность их сердец.

Во втором эксперименте исследователи создали генетически измененных животных, у которых исследователи могли удалять фермент, известный как пируватдегидрогеназакиназа 4 (PDK4), необходимый митохондриям сердечных клеток для переваривания жирных кислот. Когда исследователи доставили лекарство, чтобы отключить выработку PDK4, кардиомиоциты животных переключились на потребление глюкозы вместо жирных кислот, даже во взрослом возрасте. После того, как исследователи симулировали сердечный приступ, у этих животных наблюдалось улучшение функции сердца, что сопровождалось маркерами в экспрессии генов, что позволило предположить, что их кардиомиоциты все еще активно делятся.

Садек отмечает, что эти результаты подтверждают принцип того, что можно открыть окно для регенерации клеток сердца, манипулируя тем, что митохондрии кардиомиоцитов потребляют для получения энергии.

В конце концов, возможно, удастся разработать лекарства, которые изменят то, что едят кардиомиоциты, чтобы заставить их снова делиться, обращая вспять сердечную недостаточность и представляя настоящее лекарство ».

Хешам А. Садек, UT Юго-западный врач-исследователь