ЦИРКУЛИРУЮЩИЕ В КРОВИ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

УДК 616.127-005.8
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
НИИ кардиологии СО РАМН, Томск
ГОУ ВПО Сибирский государственный медицинский университет Росздрава, Томск
E-mail: [email protected]
1
2
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
2
Siberian State Medical University, Tomsk
1
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 СD34+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-
58
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-
М.А. Штатолкина и соавт.
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 (VEGF-2), фактор стромальных клеток-1 (SDF-1), инсулиноподобный фактор
роста-1 (IGF-1), фактор стволовых клеток (SCF) 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 Shintani [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 CD34+38-, CD133+, СD117+, CD90+34- клеток у больных
острым первичным крупноочаговым ИМ. CD34+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]. CD133+, СD117+ клетки относятся к
незрелым ГСК и являются эндотелиальными клеткамипредшественниками костномозгового происхождения.
Таким образом, они могут улучшать сердечную функцию
после ИМ путем неоваскуляризации. CD90+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
ЦИРКУЛИРУЮЩИЕ В КРОВИ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ...
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 цитофлуориметрии 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-
59
Сибирский медицинский журнал, 2010, Том 25, № 4, Выпуск 1
знак и наличие отягощенной наследственности в анамнезе взаимосвязаны с
исходным уровнем относительного количества CD133+ клеток. А именно: у курильщиков исходный уровень CD90+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 CD133+ клеток Рис. 1. Динамика абсолютного и относительного количества CD117+ клеток в
в крови в 1-е сутки острого ИМ было вы- крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * – различия межсоким в отличие от пациентов, не имею- ду больными и добровольцами, p<0,05; ** – различия относительно исходных
щих в анамнезе сердечно-сосудистой па- значений внутри группы, p<0,05
тологии.
Проводя индивидуальный анализ изменения количества CD34+38-, CD133+,
CD117+, CD90+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 Рис. 2. Динамика абсолютного и относительного количества CD133+ клеток в
3-и сутки заболевания, 2-ю подгруппы – крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * – достоверность
пациенты с высоким содержанием клеток различий показателя между больными и добровольцами, p<0,05
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 CD34 +38 -, CD133 +,
CD117+, CD90 +34- клеток и основными
функциональными параметрами сердца,
такими, как КДО, КСО и ФВ ЛЖ. Выявлено, что максимальный выброс CD117+ клеток в кровь в 1-е сутки ИМ отрицательно
коррелирует с КДО на 7-е сутки (R=–0,8; Рис. 3. Динамика абсолютного и относительного количества CD34+38- клеток в
р=0,01) и КДО и КСО ЛЖ на 21-е сутки крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * – достоверность
ИМ (R=–0,8; р=0,004). Мобилизация от- различий изменения показателей между больными и добровольцами, p<0,05
носительного количества CD133+ клеток
в кровь в ранние сроки ИМ положительно коррелирует с уровнем ФВ ЛЖ на 21-е
сутки заболевания (R=0,7; р=0,02). Таким
образом, данная мобилизация CD117+ и
CD133 + клеток ассоциирована с благоприятным течением и прогнозом заболевания. Установлены множественные положительные корреляционные связи между
как абсолютным, так и относительным
количеством CD34+38-, CD90+34- клеток и
КДО, КСО ЛЖ во все сутки ИМ, отрица- Рис. 4. Динамика абсолютного и относительного количества CD90+34- клеток в
тельные корреляции с ФВ в разные дни крови в 1-е, 3-и, 7-е и 21-е сутки острого инфаркта миокарда: * – достоверность
заболевания (табл. 1, 2). То есть, высокий различий изменения показателей между больными и добровольцами, p<0,05
выброс CD34+38-, CD90+34- клеток в кровь
тесно сопряжен с ремоделированием ЛЖ
в виде увеличения объемов и снижения ФВ ЛЖ.
добно нашим данным, S. Shintani и W. Wojakowski описыПолученные результаты демонстрируют участие СК в
вают возрастание количества СК в крови при остром ИМ
развитии острого первичного крупноочагового ИМ. По- в течение 12 ч после возникновения симптомов в срав-
60
М.А. Штатолкина и соавт.
ЦИРКУЛИРУЮЩИЕ В КРОВИ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ...
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
1-е сутки
КДО 1-е сут
КСО 1-е сут
ФВ 1-е сут
КДО 3-и сут
КСО 3-и сут
ФВ 3-и сут
КДО 7-е сут
КСО 7-е сут
ФВ 7-е сут
КДО 21-е сут
КСО 21-е сут
ФВ 21-е сут
КДО 6 мес.
КСО 6 мес.
ФВ 6 мес.
Относительное количество
3-и сутки
7-е сутки
1-е сутки
3-и сутки
7-е сутки
R
р
R
p
R
p
R
p
R
p
R
p
0,8
0,7
–0,1
0,5
0,4
0,4
0,3
0,2
0,03
0,6
0,4
–0,1
0,2
0,1
0,03
0,01
0,02
0,9
0,08
0,2
0,2
0,3
0,5
0,9
0,02
0,1
0,7
0,5
0,7
0,9
0,5
0,5
0,1
–0,04
–0,1
0,4
–0,2
–0,3
0,4
0,2
0,07
0,03
0,1
0,1
–0,1
0,2
0,2
0,8
0,9
0,7
0,2
0,6
0,3
0,2
0,6
0,8
0,9
0,8
0,8
0,8
0,8
0,5
0,4
0,6
0,4
0,4
0,1
0,2
0,04
0,4
0,3
–0,1
0,2
–0,2
0,3
0,02
0,2
0,2
0,05
0,2
0,2
0,7
0,6
0,9
0,2
0,3
0,7
0,6
0,6
0,4
0,6
0,1
0,5
0,6
0,6
–0,4
0,4
0,3
–0,2
0,3
0,2
–0,1
0,5
0,5
–0,4
0,1
0,8
0,2
0,05
0,05
0,2
0,1
0,2
0,5
0,3
0,4
0,6
0,07
0,06
0,1
0,5
0,1
0,4
0,3
0,3
–0,1
0,2
0,1
–0,1
–0,02
0,2
–0,4
–0,02
0,3
–0,5
0,1
0,9
0,3
0,3
0,4
0,6
0,5
0,6
0,8
0,9
0,5
0,1
0,9
0,2
0,06
0,3
–0,2
0,6
0,1
0,2
–0,6
0,1
0,1
–0,1
–0,1
–0,1
0,004
–0,2
–0,2
0,1
0,4
0,5
0,07
0,7
0,6
0,04
0,8
0,7
0,8
0,6
0,7
1,0
0,6
0,5
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
1-е сутки
КДО 1-е сут
КСО 1-е сут
ФВ 1-е сут
КДО 3-и сут
КСО 3-и сут
ФВ 3-и сут
КДО 7-е сут
КСО 7-е сут
ФВ 7-е сут
КДО21-е сут
КСО 21-е сут
ФВ 21-е сут
КДО 6 мес.
КСО 6 мес.
ФВ 6 мес.
3-и сутки
Относительное количество
7-е сутки
1-е сутки
3-и сутки
7-е сутки
21-е сутки
R
р
R
p
R
p
R
p
R
p
R
p
R
р
0,5
0,5
0,3
0,5
0,4
0,2
0,6
0,4
–0,1
0,5
0,5
–0,1
0,3
0,3
–0,4
0,2
0,3
0,5
0,2
0,3
0,7
0,1
0,3
0,8
0,2
0,3
0,7
0,5
0,5
0,4
–0,4
–0,2
–0,1
–0,2
–0,5
0,5
0,1
–0,02
0,05
–0,1
–0,1
–0,04
–0,1
0,04
0,1
0,4
0,6
0,7
0,6
0,2
0,3
0,8
1,0
0,9
0,8
0,9
0,9
0,9
0,9
0,8
0,9
0,8
0,3
0,9
0,9
–0,1
0,9
0,9
–0,6
0,8
0,8
–0,5
0,5
0,6
–0,8
0,04
0,01
0,4
0,01
0,01
0,8
0,002
0,01
0,1
0,01
0,02
0,2
0,2
0,1
0,02
–0,4
–0,04
–0,1
0,2
0,3
–0,5
–0,01
0,2
–0,4
0,1
0,1
0,04
–0,1
0,1
0,1
0,4
0,9
0,9
0,5
0,4
0,1
1,0
0,4
0,1
0,8
0,7
0,9
0,7
0,9
0,9
0,1
0,2
–0,2
0,5
0,6
–0,02
0,1
0,3
–0,3
0,2
0,3
–0,3
–0,01
–0,3
0,2
0,8
0,7
0,7
0,09
0,04
1,0
0,7
0,3
0,4
0,4
0,2
0,2
1,0
0,3
0,4
–0,5
–0,2
0,1
0,3
0,3
–0,2
–0,03
0,1
–0,01
0,1
0,2
–0,03
–0,1
0,2
–0,01
0,2
1,0
0,8
0,4
0,4
0,6
0,9
0,7
1,0
0,7
0,6
0,9
0,8
0,6
1,0
–0,5
0,03
–0,1
–0,04
0,02
–0,2
0,1
0,2
–0,7
0,1
0,2
–0,1
–0,1
–0,2
0,2
0,3
1,0
0,9
0,9
1,0
0,6
0,8
0,5
0,01
0,7
0,6
0,7
0,8
0,6
0,6
нении со здоровыми лицами [12, 15]. Мы показали, что
абсолютное и относительное количество циркулирующих в крови CD34+38-, CD133+, CD117+, CD90+34- клеток
остается повышенным на протяжении всего периода госпитализации.
Установлена нелинейная динамика содержания циркулирующих в крови CD34+38-, CD133+, CD117+, CD90+34клеток 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 гемопоэтической 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].
61
Сибирский медицинский журнал, 2010, Том 25, № 4, Выпуск 1
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
СD117+, 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 постинфарктном 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 //
62
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. 1287–
1294.
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. 235–
240.
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+, cmet + 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