Исследователи обнаружили у рыбок данио ранее неизвестный тип клеток, который формируется из наружного слоя сердца и помогает регулировать рост коронарных сосудов во время развития и восстановления после повреждения. Открытие показывает, как сердце может не только запускать образование новых сосудов, но и вовремя ограничивать этот процесс. В перспективе этот механизм может подсказать новые подходы к восстановлению миокарда после инфаркта, однако пока речь идёт о фундаментальном исследовании на модельном организме.
Работу провели специалисты Медицинского колледжа Вейл Корнелл (Weill Cornell Medicine). Результаты опубликованы в научном журнале Nature Communications.
Клетки появляются на поверхности сердца
В центре исследования оказался эпикард — тонкий наружный слой клеток, покрывающий сердце. Он играет важную роль в развитии органа, а у рыбок данио также активно участвует в восстановлении сердечной ткани после повреждения.
Ранее исследователи показали, что некоторые клетки-предшественники эпикарда после повреждения способны активироваться и давать начало различным клеткам, участвующим в восстановлении сердечной мышцы и коронарных сосудов.
Однако оставалось непонятно, что заставляет клетку-предшественника выбрать конкретное направление развития.
Чтобы разобраться в этом, учёные проанализировали активность генов в клетках эпикарда во время формирования коронарных сосудов и после повреждения сердца. Для этого использовали, в частности, одно-клеточное транскриптомное секвенирование и генетическое отслеживание происхождения клеток.
Особое внимание привлёк ген scxa, кодирующий транскрипционный фактор Scleraxis a — белок, способный управлять активностью других генов и тем самым влиять на судьбу клетки.
Обнаружен ранее неизвестный тип периваскулярных клеток
Учёные обнаружили, что активированные клетки эпикарда, в которых временно включался scxa, преимущественно превращались в особую популяцию клеток, располагающихся непосредственно около коронарных сосудов.
Исследователи назвали их эпикардиально-производными периваскулярными мезенхимальными клетками — Epi-PMC.
Эти клетки отличались от уже известных перицитов, гладкомышечных клеток сосудов и адвентициальных фибробластов. Одним из их характерных признаков была активность гена col18a1a, связанного с образованием коллагена XVIII.
По данным экспериментов, новые клетки тесно прилегали к коронарным сосудам и, вероятно, участвовали в их стабилизации и перестройке.
Таким образом, они могут выполнять своеобразную регулирующую функцию: сердцу недостаточно просто запустить образование новых сосудов — необходимо сформировать сосудистую сеть правильной плотности и остановить её дальнейшее разрастание в нужный момент.
Что произошло при отключении scxa
Роль найденного механизма стала особенно заметна, когда исследователи нарушили функцию scxa.
В этом случае плотность коронарной сосудистой сети увеличивалась.
Это указывает на то, что путь, контролируемый Scleraxis a, не просто стимулирует образование сосудистых клеток. Напротив, он может участвовать в системе обратной связи, которая ограничивает чрезмерный рост сосудов и помогает правильно организовать сосудистую сеть сердца.
Одним из возможных участников этого механизма является коллаген XVIII и образующиеся из него сигнальные молекулы, способные влиять на сосудистый рост.
Низкий уровень кислорода запускает программу
Исследователи также обнаружили механизм, который может определять момент включения этой программы.
Им оказалась гипоксия — снижение доступности кислорода для тканей.
При недостатке кислорода активировался сигнальный путь, связанный с индуцируемыми гипоксией факторами, и временно усиливалась активность scxa. После этого часть активированных клеток эпикарда переходила в периваскулярное направление развития.
В результате вокруг формирующихся коронарных сосудов появлялись клетки, потенциально участвующие в их стабилизации и ремоделировании.
Получается своеобразная последовательность:
гипоксия → активация scxa → изменение судьбы клеток эпикарда → появление периваскулярных клеток → контроль сосудистой сети.
Такой механизм может позволять растущему или восстанавливающемуся сердцу координировать потребность миокарда в кислороде с развитием собственной системы кровоснабжения.
Почему рыбки данио особенно интересны кардиологам
Рыбки данио обладают способностью, которой человеческое сердце практически лишено: после повреждения они могут значительно восстанавливать сердечную мышцу.
У человека после крупного инфаркта погибшие кардиомиоциты в основном замещаются соединительной тканью с формированием рубца. Такое заживление помогает сохранить структурную целостность сердца, но не возвращает потерянную сократительную ткань.
Поэтому исследователи пытаются понять, какие молекулярные программы позволяют некоторым животным одновременно восстанавливать кардиомиоциты, создавать сосуды и правильно организовывать новую ткань.
Открытый путь scxa может быть одним из элементов этой сложной системы.
Есть ли подобный механизм у человека?
У человека существует родственный ген SCX, однако пока неизвестно, способен ли он управлять клетками человеческого эпикарда так же, как scxa у рыбок данио.
Более того, после повреждения сердца у млекопитающих SCX активируется в том числе в сердечных фибробластах — клетках соединительной ткани, участвующих в формировании рубца.
Поэтому простая активация этого гена сама по себе вряд ли станет способом регенерации сердца. Необходимо понять, в каких клетках, в какой момент и с какой интенсивностью должна работать соответствующая программа.
Руководитель исследования Цзинли Цао (Jingli Cao) считает, что в будущем знания о SCX теоретически могут помочь перенаправлять клетки человеческого эпикарда в сторону клеток и сигнальных программ, поддерживающих восстановление сердца.
Исследовательская группа уже изучает культивируемые клетки человеческого эпикарда и сердечные органоиды — трёхмерные лабораторные модели, воспроизводящие некоторые особенности ткани сердца.
Одна из долгосрочных идей заключается в создании своеобразной «биологической заплаты», которая после повреждения могла бы локально активировать контролируемое образование сердечной мышцы и сосудов.
До лечения инфаркта ещё далеко
Несмотря на перспективность открытия, работа пока не демонстрирует способ восстановления человеческого сердца.
Основные эксперименты проведены на рыбках данио, а обнаруженная популяция клеток пока не показана как функционально аналогичная клеточная популяция в сердце человека.
Кроме того, формирование полноценной сердечной ткани значительно сложнее простого стимулирования роста сосудов. Необходимо одновременно контролировать образование кардиомиоцитов, сосудистой сети, соединительной ткани, электрические связи между клетками и пространственную организацию нового миокарда.
Поэтому новый механизм следует рассматривать прежде всего как ещё один элемент молекулярной «инструкции», позволяющей понять, почему одни организмы способны восстанавливать сердце, тогда как у человека повреждение миокарда обычно заканчивается образованием рубца.
Тем не менее именно подробное понимание подобных механизмов может в будущем позволить перейти от предотвращения дальнейшего повреждения сердца к настоящей регенеративной терапии.
О другом фундаментальном механизме восстановления тканей можно прочитать в материале МКБ-11: учёные выяснили, почему стволовые клетки со временем теряют способность восстанавливать ткани.
Литература
Perder B., Xia Y., Yao J., Van der Wee I., Qiu M., Yao A. G. C., Naeem M., Zumbo P., Yakubov A., Tsai S. L., Kikuchi K., Galloway J. L., Betel D., Evans T., Harrison M. R. M., Cao J. Hypoxia-activated scleraxis a mediates epicardial progenitor differentiation into a unique cardiac perivascular cell type // Nature Communications. — 2026. — Vol. 17, No. 1. — DOI: 10.1038/s41467-026-77008-y.