Участие рецептора активатора плазминогена урокиназного типа в формировании профиброзного микроокружения в эпикардиальной области

Изучение механизмов развития и прогрессирования фиброза является одним из ключевых направлений современной кардиологии. В рамках данной работы было сделано предположение, что в регуляции активности мезотелиальных клеток и развития эпикардиального фиброза определенная роль принадлежит урокиназному рецептору (uPAR), который при взаимодействии со специфическими лигандами и белками-посредниками, способен активировать внутриклеточный сигналинг, запускать каскад протеолитических реакций, включающих локальное образование плазмина и активацию матриксных металлопротеиназ, обеспечивая ремоделирование матрикса.

Цель работы: сравнительное исследование фиброгенной активности эпикарда в сердце uPAR-/- и животных дикого типа и изучение влияния факторов кардиальной микросреды на миграционную активность клеток эпикардиального мезотелия.

Материалы и методы. В работе использовали методы гистологического и иммунофлуоресцентного окрашивания, микроэррей анализ содержания провоспалительных цитокинов, метод оценки микрационных свойств клеток эпикарда.

Результаты. Обнаружили, что в сравнении с животными дикого типа у uPAR-/- животных происходит значительное утолщение зоны эпикарда (2,46+0,77 (uPAR-/- мыши) и 1,02+0.17 (Wt мыши) относительных единиц, p=0,033), сопровождающееся аккумуляцией белков внеклеточного матрикса. Дефицит гена uPAR ведет к формированию провоспалительной микросреды в сердце (повышение уровня провоспалительных факторов: IL1, IL13, IL17, RANTES и MIP1), усилению миграционной активности клеток эпикардиального мезотелия, накоплению TCF21+ предшественниц фибробластов/миофибробластов (29,8+13,7 (uPAR-/- мыши) и 3,03+0,8 (Wt мыши) клеток в поле зрения, p=0,02) и развитию субэпикардиального фиброза.

Заключение. Эти данные позволяют рассматривать uPAR в качестве перспективной мишени при разработке средств таргетного воздействия для предотвращения развития и прогрессирования кардиального фиброза.

1. Derrick C.J., Noël E.S. The ECM as a driver of heart development and repair. Development. 2021; 148 (5): DOI: 10.1242/dev.191320. PMID: 33674261.

2. Nair N. Epidemiology and pathogenesis of heart failure with preserved ejection fraction. Review. Cardiovasc Med. 2020; 21 (4): 531–540. DOI: 10.31083/j.rcm.2020.04.154.

3. Mocumbi A.O., Stothard J.R., Correia-de-Sá P., Yacoub M. Endomyocardial Fibrosis: an Update After 70 Years.Curr Cardiol Rep. 2019; 21 (11): 148. DOI: 10.1007/s11886-019-1244-3. PMID: 317583524.

4. Zhou B., A. von Gise., Ma Q., Hu Y.W., Pu W.T. Genetic fate mapping demonstrates contribution of epicardium-derived cells to the annulus fibrosis of the mammalian heart. Dev. Biol. 338 (2010) 251–261. DOI: 10.1016/j.ydbio.2009.12.007. PMID: 20025864. PMCID: PMC2815244

5. Wessels. A, van den Hoff M.J., Adamo R.F., Phelps A.L., Lockhart M.M., Sauls K., Briggs L.E., Norris R.A., van Wijk B., Perez-Pomares J.M., Dettman R.W., Burch J.B. Epicardially derived fibroblasts preferentially contribute to the parietal leaflets of the atrioventricular valves in the murine heart. Dev. Biol. 2012; 366: 111–124. DOI: 10.1016/j.ydbio.2012.04.020. PMID: 22546693. PMCID: PMC3358438

6. von Gise A., Zhou B., Honor L.B., Ma Q., Petryk A., Pu W.T. WT1 regulates epicardial epithelial to mesenchymal transition through betacatenin and retinoic acid signaling pathways, Dev. Biol. 2011; 356: 421–431. DOI: 10.1016/j.ydbio.2011.05.668. PMID: 21663736. PMCID: PMC3147112

7. Braitsch C.M., Combs M.D., Quaggin, S.E., Yutzey K.E. Pod1/Tcf21 is regulated by retinoic acid signaling and inhibits differentiation of epicardium-derived cells into smooth muscle in the developing heart. Dev. Biol. 2012; 368: 345–357. DOI: 10.1016/j.ydbio.2012.06.002. PMID: 22687751. PMCID: PMC3414197

8. Acharya, A., Baek, S.T., Huang, G., Eskiocak, B., Goetsch, S., Sung, C.Y., Banfi, S., Sauer M.F., OlsenG.S., Duffield J.S. The bHLH transcription factor Tcf21 is required for lineage-specific EMT of cardiac fibroblast progenitors. Development. 2012; 139: 2139–2149. DOI: 10.1242/dev.079970. PMID: 22573622. PMCID: PMC3357908

9. Moore-Morris T., Cattaneo P., Guimaraes-Camboa N., Bogomolovas J., Cedenilla M., Banerjee I., Ricote M., Kisseleva T., Zhang L., Gu Y., Dalton N.D., Peterson K.L., Chen J., Puceat M., Evans S.M. Infarct fibroblasts do not derive from bone marrow lineages. Circ. Res. 2012; 122 (4): 583–590. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.117.311490. PMID: 29269349. PMCID: PMC5815911

10. Moore-Morris T., Guimaraes-Camboa N., Banerjee I., Zambon A.C., Kisseleva T., Velayoudon A., Stallcup W.B., Gu Y. Dalton N.D, Cedenilla M., Gomez-Amaro R., Zhou B. Brenner D.A, Peterson K.L., Chen J., Evans S.M. Resident fibroblast lineages mediate pressure overloadinduced cardiac fibrosis. J Clin Invest. 2014; 124 (7): 2921–2934. DOI: 10.1172/JCI7478.3. PMID: 24937432. PMCID: PMC4071409

11. Braitsch C.M., Kanisicak O., van Berlo J.H., Molkentin J.D, Yutzey K.E. Differential expression of embryonic epicardial progenitor markers and localization of cardiac fibrosis in adult ischemic injury and hypertensive heart disease. J. Mol. Cell. Cardiol. 2013; 65: 108–119. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2013.10.005. PMID: 24140724. PMCID: PMC3848425

12. Santi A.Li., Napolitano F., Montuori N., Ragno P. The Urokinase Receptor: A Multifunctional Receptor in Cancer Cell Biology. Therapeutic Implications. Int J Mol Sci. 2021; 22 (8): 4111. DOI: 10.3390/ijms22084111. PMID: 33923400. PMCID: PMC8073738

13. Dergilev K.V., Stepanova V.V., Beloglazova I.B., Tsokolayev Z.I., Parfenova E.V. Multifaced Roles of the Urokinase System in the Regulation of Stem Cell Niches. Acta Naturae. 2018; 10 (4): 19–32. PMID: 30713759. PMCID: PMC6351041

14. Junqueira L.C., Bignolas G., Brentani R.R. Picrosirius staining plus polarization microscopy, a specific method for collagen detection in tissue sections. Histochem J. 1979; 11: 447–455. DOI: 10.1007/bf01002772

15. Dergilev K.V., Tsokolaeva Z.I., Beloglazova I.B., Ratner E.I., Parfenova E.V. Transforming Growth Factor Beta (TGF-β1) Induces Pro-Reparative Phenotypic Changes in Epicardial Cells in Mice.Bull Exp Biol Med. 2021; 170 (4): 565–570. DOI: 10.1007/s10517-021-05107-5.

16. Baart V.M., Houvast R.D., de Geus-Oei L.F., Quax P.H.A., Kuppen P.J.K., Vahrmeijer A.L., Sier C.F.M. Molecular imaging of the urokinase plasminogen activator receptor: opportunities beyond cancer. EJNMMI Res. 2020; 10 (1): 87. DOI: 10.1186/s13550-020-00673-7. PMID: 32725278. PMCID: PMC7387399

17. Genua M., D'Alessio S., Cibella J., Gandelli A., Sala E., Correale C., Spinelli A., Arena V., Malesci A., Rutella S., Ploplis V.A., Vetrano S., Danese S. The urokinase plasminogen activator receptor (uPAR) controls macrophage phagocytosis in intestinal inflammation. Gut. 2015; 64 (4): 589–600. DOI: 10.1136/gutjnl-2013-305933. PMID: 24848264

18. Jo M., Takimoto S., Montel V., Gonias S.L.The urokinase receptor promotes cancer metastasis independently of urokinase-type plasminogen activator in mice. Am J Pathol. 2009; 175 (1): 190–200. DOI: 10.2353/ajpath.2009.081053. PMID: 19497996. PMCID: PMC2708805

19. Jo M., Lester R.D., Montel V., Eastman B., Takimoto S., Gonias S.L. Reversibility of epithelial-mesenchymal transition (EMT) induced in breast cancer cells by activation of urokinase receptor-dependent cell signaling J Biol Chem. 2009; 284 (34): 22825–22833 DOI: 10.1074/jbc.M109.023960. PMID: 19546228. PMCID: PMC2755690

20. Hinz B., Phan S.H., Thannickal V.J., Prunotto M., Desmoulière A., Varga J., De Wever O., Mareel M., Gabbiani G. Recent developments in myofibroblast biology: paradigms for connective tissue remodeling. Am J Pathol. 2012; 180 (4): 1340–1355. DOI: 10.1016/j.ajpath.2012.02.004. PMID: 22387320. PMCID: PMC3640252

21. Castella L.F., Buscemi L., Godbout C., Meister J.J., Hinz B. A new lockstep mechanism of matrix remodelling based on subcellular contractile events. J Cell Sci. 2010; 123 (Pt 10): 1751–1760. DOI: 10.1242/jcs.066795. PMID: 20427321

22. Wang L., Ly C.M., Ko C.Y., Meyers E.E., Lawrence D.A., Bernstein A.M. uPA binding to PAI-1 induces corneal myofibroblast differentiation on vitronectin. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012; 53 (8): 4765–4775. DOI: 10.1167/iovs.12-10042. PMID: 22700714. PMCID: PMC3949353

23. Stepanova V., Lebedeva T., Kuo A., Yarovoi S., Tkachuk S., Zaitsev S., Bdeir K., Dumler I., Marks M.S., Parfyonova Y., Tkachuk V.A., Higazi A.A., Cines D.B. Nuclear translocation of urokinase-type plasminogen activator. Blood. 2008; 112 (1): 100–110. DOI: 10.1182/blood-2007-07-104455. PMID: 18337556. PMCID: PMC2435680

24. Semina E.V., Rubina K.A., Shmakova A.A., Rysenkova K.D., Klimovich P.S., Aleksanrushkina N. A., Sysoeva V. Y., Karagyaur M.N., Tkachuk V.A. Downregulation of uPAR promotes urokinase translocation into the nucleus and epithelial to mesenchymal transition in neuroblastoma. J Cell Physiol. 2020; 235 (9): 6268–6286. DOI: 10.1002/jcp.29555. PMID: 31990070. PMCID: PMC7318179

25. Zhang G., Kernan K.A., Thomas A., Collins S., Song Y., Li L., Zhu W., Leboeuf R.C., Eddy A.A. A novel signaling pathway: fibroblast nicotinic receptor alpha1 binds urokinase and promotes renal fibrosis. J Biol Chem. 2009; 284 (42): 29050–29064. DOI: 10.1074/jbc.M109.010249. PMID: 19690163. PMCID: PMC2781451

26. Manetti M., Rosa I., Fazi M., Guiducci S., Carmeliet P., Ibba-Manneschi L., Matucci-Cerinic M. Systemic sclerosis-like histopathological features in the myocardium of uPAR-deficient mice. Ann Rheum Dis. 2016; 75 (2): 474–478. DOI: 10.1136/annrheumdis-2015-207803. PMID: 26269399

27. Mohameden M., Vashisht P., Sharman T. Scleroderma And Primary Myocardial Disease. 2021. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2021 Jan. PMID: 32491618

28. Nikitorowicz-Buniak J., Denton C.P., Abraham D., Stratton R. Partially Evoked Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) Is Associated with Increased TGFβ Signaling within Lesional Scleroderma Skin. PLoS One. 2015; 10 (7): e0134092. DOI: 10.1371/journal.pone.0134092. PMID: 26217927