Назад
С помощью секвенирования РНК исследователи выявили уникальные сигнатуры клеток и иммунной системы в образцах тканей детей с врожденными пороками сердца, что дает редкую возможность лучше понять происхождение этого сложного заболевания.
Благодаря улучшению поддерживающей терапии число детей с врожденными пороками сердца, доживающих до взрослого возраста, увеличилось более чем до 90%. Однако у этих пациентов повышен риск тяжелых последствий, включая смерть от некардиальных заболеваний, таких как рак и инфекции. Основная причина снижения функции сердца при врожденном пороке остается плохо изученной, и существует неудовлетворенная потребность в целевых терапевтических методах.
Группа исследователей из Техасского института сердца недавно профилировала образцы сердца и крови детей с врожденными пороками сердца, включая синдром гипопластического левостороннего сердца, тетралогию Фалло, дилатационную и гипертрофическую кардиомиопатии, перенесших операцию на сердце. Используя секвенирование РНК единичных клеток и другие технологии, исследователи смогли изучить образцы на уровне единичных клеток у пациентов с врожденными пороками сердца.
Среди прочих результатов, исследователи наблюдали специфические для врожденных пороков сердца клеточные состояния в кардиомиоцитах, которые имели признаки резистентности к инсулину и повышенную экспрессию отдельных генов. Кроме того, профилирование периферических иммунных клеток показало, что при врожденном пороке сердца наблюдается дефицит моноцитарного иммунитета, что, возможно, является причиной повышенного риска развития инфекций и рака.
Новые результаты, описанные как "атлас" для понимания врожденных пороков сердца, могут открыть двери для лучшего определения исходов врожденных пороков сердца и разработки новых методов лечения.
Издание Healio поговорил с Джеймсом Ф. Мартином, директором лаборатории регенерации кардиомиоцитов в Техасском институте сердца, о перспективах геномики единичных клеток, создании "карты" больного сердца и потенциале для спасительной терапии детей с врожденными пороками сердца. Работа Мартина и его коллег была недавно опубликована в журнале Nature.
Healio: Почему основная причина врожденных пороков сердца у детей до сих пор так плохо изучена?
Мартин: Развитие сердца само по себе является сложным процессом. Существует множество различных событий в развитии, которые могут пойти не так как надо, и очень часто эти события, когда они идут не так, как надо, могут привести к аналогичному типу порока. Второе - трудно получить доступ к сердцам для изучения; образцы тканей в педиатрии редки и их трудно получить. Большая часть работы была проделана на моделях грызунов, чтобы попытаться понять врожденные пороки сердца. Это позволяет достичь определенного результата, но грызуны - это не люди.
Healio: Как возникла эта работа?
Мартин: На протяжении многих лет детские кардиологи и хирурги проделали огромную работу, помогая детям, родившимся с врожденными пороками сердца, жить дольше. За эти годы было проделано много замечательной работы. Но даже несмотря на все это, после операции по устранению врожденного порока сердца у некоторых пациентов все идет хорошо, а у других - не очень. Остается неясным, почему так происходит. Мы хотели разобраться с этим и понять, в чем заключаются различия, которые не очевидны при обычном фенотипировании, и применить новые, одноклеточные методы геномики, чтобы выяснить, что лежит в основе различных траекторий развития этих врожденных пороков сердца. Мы хотели сделать что-то хорошее для этих детей.
Healio: Не могли бы вы кратко описать, что вы и ваши коллеги обнаружили?
Мартин: Мы провели секвенирование ядерной РНК единичных клеток и проанализировали более 157 000 ядер, полученных от доноров и пациентов с врожденными пороками сердца. Это позволило нам рассмотреть отдельные типы клеток в сердце, мышечные клетки, фибробласты, кардиомиоциты и воспалительные клетки. Мы обнаружили, что при некоторых видах врожденных пороков сердца существуют специфические сигнатуры, которые обогащены определенными дефектами. Например, определенные генетические пути были изменены в фибробластах гипопластического левого сердца, а также при тетралогиях, мы также обнаружили некоторые метаболические изменения в кардиомиоцитах, которые были характерны для этих диагнозов.
Еще одна вещь, которую мы обнаружили: многие типы клеток в сердце - даже если у пациентов были разные диагнозы - имели общие черты в состоянии клеток. Несмотря на то, что у них были разные диагнозы, в различных типах клеток наблюдалось совпадение. Возможно, это реакция на стресс, и эта реакция на стресс выглядит одинаково при каждом типе диагноза. Мы также обнаружили доказательства того, что во многих из этих сердец сосуды окружали иммуносупрессивные клетки. Это работа по профилированию, поэтому это первые наблюдения, действительно первый взгляд. Теперь предстоит большая работа.
Healio: Что эти результаты могут означать для будущего?
Мартин: Это главный вопрос. Одна из причин нашего интереса к этой работе заключается в том, что мы хотели бы выяснить, есть ли пути, которые лучше поддаются манипуляциям, например, генной терапии. Мы пытаемся выяснить это прямо сейчас. Как вы можете себе представить, это то, с чем мы должны быть осторожны. Сейчас мы находимся на стадии планирования.
Поскольку это было профилирующее исследование, мы хотим получить больше информации о функциональных последствиях этих изменений в экспрессии генов. Это работа на несколько лет вперед. Когда мы этого добьемся, тогда и начнем более тщательно продумывать терапию.
Общая картина такова: мы находимся в самом начале пути. Это граница, использование этих невероятных методов для понимания органа. Предпринимаются большие усилия по составлению "карты" человеческих органов - так называемых атласов человеческих органов. Если объединить это с нашим подходом, делая то же самое, но в больной ткани, то в течение ближайшего десятилетия мы узнаем очень много нового. Это позволит нам, надеюсь, добиться больших успехов не только в диагностике, но и в лечении. Возможности помочь этим детям расширяются с каждым днем.
Matthew C. Hill et al. Интегрированная мультиомическая характеристика врожденных пороков сердца (аннотация).
Сердце, первый орган, который развивается, претерпевает сложный морфогенез, дефекты которого приводят к врожденным порокам сердца (ВПС). Благодаря современным методам лечения более 90% пациентов с ВПС доживают до взрослого возраста, но часто преждевременно умирают от сердечной недостаточности (СН) и несердечных причин.
Чтобы получить представление о малоизученном развитии заболевания, мы провели секвенирование РНК одиночных ядер (snRNA-seq) и проанализировали 157 273 ядра от доноров и пациентов с ВПС, включая синдром гипопластического левого сердца (HLHS) и тетралогию Фалло (TOF), две распространенные формы цианотических поражений ВПС, а также дилатационную (DCM) и гипертрофическую (HCM) кардиомиопатии. Мы наблюдали специфические для ВПС состояния клеток в кардиомиоцитах (КМ), которые имели признаки инсулинорезистентности и повышенную экспрессию FOXO и CRIM1. Сердечные фибробласты (СФ) при HLHS были обогащены клеточным состоянием с низким HIPPO и высоким YAP, характерным для активированных СФ. Масс-цитометрия с визуализацией (IMC) выявила пространственно разрешенное периваскулярное микроокружение, соответствующее иммунодефицитному состоянию при ВПС. Профилирование периферических иммунных клеток показало дефицит моноцитарного иммунитета при ВПС, что согласуется с предрасположенностью ВПС к инфекциям и раку.
Наше комплексное фенотипирование ВПС обеспечивает дорожную карту для будущей персонализированной медицины при ВПС.
