Экспериментальные модели фиброза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Фиброз, как патологический процесс, характеризуется избыточным накоплением внеклеточного матрикса и может поражать различные органы и ткани, включая легкие, печень, сердце и почки, приводя к тяжелым заболеваниям и ухудшению качества жизни. Основными механизмами фиброза являются нарушения клеточных сигнальных путей, их регуляции, взаимодействии, включая нарушения в обмене клеток регуляторными сигналами, нарушенные механизмы клеточной адгезии, изменения во внеклеточном матриксе. Все это делает поиск новых средств с антифиброзной активностью актуальным. В обзоре рассмотрены основные механизмы развития фиброза с упором на экспериментальные модели, а также потенциал и ограничения экспериментальных моделей фиброза в контексте дальнейшего поиска и изучения новых лекарственных средств с антифиброзной активностью.

Полный текст

В последние десятилетия фиброз стал предметом интенсивных исследований. Это патологический процесс, характеризующийся избыточным накоплением внеклеточного матрикса (ВКМ), включая коллаген, фибронектин и другие компоненты, в тканях организма [1]. Механизмы формирования фиброза вбирают нарушения в клеточной сигнализации, регуляции, взаимодействии, включая нарушения в обмене клеток регуляторными сигналами, нарушенные механизмы клеточной адгезии, изменения в ВКМ, и следующие за этим изменения клеточной активности и нарушения в иммунном ответе. Все перечисленные события относятся к системным.

На молекулярном уровне фиброз связан с дисбалансом между синтезом и деградацией компонентов ВКМ, что приводит к утолщению и уплотнению тканей, нарушению их функций. Этот процесс регулируется сигнальными путями, а также механорецепцией. Среди сигнальных факторов и каскадов в развитии фиброзной патологии высокое значение отведено TGF-β [2], MEK/ERK и MAPK [3,4], Nf-kB [5, 6], PI3K/Act (фосфатидилинозитол-3-киназа/протеинкиназа B) [7], JAK/STAT (янус-киназы/сигнальные трансдукторы и активаторы транскрипции) [8], Hedgehog (ежовый сигналинг) [9, 10], путям сигналинга Wnt (Wingless/Int каскад) [11, 12], бета-катенина [13]. Участники каскадов способны или инициировать запуск профиброзных изменений, взаимодействуя с рецепторами, или быть медиаторами в передаче сигнала, или выступать в роли транскрипционных факторов, производя изменения в синтетической активности клетки, что завершается формированием молекулярного фундамента будущих макроскопических изменений в тканях и органах.

Механорецепция осуществляется посредством передачи сигнала из внеклеточного пространства в клетку, что опосредуется фибронектином и интегринами. Таким образом, данный вид сигналинга зависит от сборки компонентов, вовлеченных в формирование связи клетки и ВКМ, например, сборки фибронектина [1] и активности интегринов [14]. Сигнальный путь Hippo представляет собой эволюционно консервативный киназный каскад, основные компоненты пути включают киназы MST1/2 и LATS1/2, которые фосфорилируют и ингибируют транскрипционные кофакторы YAP и TAZ. Данный путь также имеет значение для формирования фиброзных изменений [15]. YAP/TAZ являются механосенситивными факторами[15]. При этом отмечено, что пути передачи сигнала, традиционно ассоциируемые с механосигналингом и не ассоциируемые с таковым, имеют пересечения. Так, части путей, связанных с TGFb и Wnt, и путей, связанных с YAP/TAZ, сходятся в сложную сеть, которая управляет активацией и поддержанием фенотипа миофибробластов [12].

Миофибробласты представляют собой ключевого клеточного игрока в формировании фиброза. Так, отличительной чертой фиброза является чрезмерное накопление ВКМ, в основном продуцируемого именно патологическими миофибробластами и миофибробластоподобными клетками [15]. Возникновение миофибробластов связано с дифференцировкой фибробластов под воздействием факторов роста, таких как TGFβ. Этот процесс является ключевым в нормальном заживлении ран, и ему способствуют такие факторы роста, как TGFβ, Wnts, молекулярные структуры, связанные с повреждением (фибронектиновые ткани), и жесткость тканей. Чем жестче матрикс, тем более склонны фибробласты превращаться в миофибробласты [16].

Хроническое воспаление, вызванное различными факторами, в том числе стойкими инфекциями, аутоиммунными и аллергическими реакциями, химическими агентами, радиацией и повреждением тканей – является ансамблем событий, также влекущим развитие фиброза [17]. В ответ на повреждения активируются механизмы иммунной защиты, ответственные за выработку провоспалительных цитокинов и факторов роста, включая TGF-β. Эти молекулы стимулируют активацию фибробластов и их дифференцировку в миофибробласты.

На макроскопическом уровне фиброз может поражать различные органы и ткани, включая легкие, печень, сердце и почки, приводя к серьезным заболеваниям и ухудшению качества жизни. В легких фиброз проявляется в форме идиопатического легочного фиброза, характеризующегося прогрессирующей утратой дыхательной функции [18]. В печени фиброз может привести к циррозу, что значительно увеличивает риск развития печеночной недостаточности и портальной гипертензии [19]. Кардиальный фиброз способствует развитию сердечной недостаточности и аритмий [20], а почечный фиброз может привести к хронической почечной недостаточности [21]. Эти патологические изменения связаны с перечисленными выше каскадами, чем подчеркивается важность понимания молекулярных механизмов фиброза для разработки эффективных терапевтических стратегий. Все перечисленные молекулярные механизмы имеют в разной степени выраженный потенциал выступать в качестве мишеней для терапии фиброзирующих патологий, поэтому требуют к себе более пристального внимания. Данные механизмы имеют значение при моделировании фиброзных патологий.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Систематизация современных данных о подходах к моделированию фиброзных болезней.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Мы рассмотрим основные механизмы развития фиброза с упором на применяемые модели, а также стратегии к разработке антифиброзных средств, потенциала и ограничений экспериментальных моделей в контексте дальнейшего поиска и изучения новых лекарственных средств с антифиброзной активностью.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Модели фиброза печени

Модели с использованием гепатотоксинов

Четыреххлористый углерод (CCl4) – самый известный гепатотоксин при моделировании фиброза печени у грызунов. CCl4 метаболизируется цитохромом P450 2E1 (CYP2E1) до трихлорметильного радикала и трихлорметилпероксида, повреждая гепатоциты и эндотелиальные клетки [22, 23, 24, 25]. Поражение печени при однократном введении CCl4 в дозах 0,75–2,0 мл/кг восстанавливается достаточно быстро, поэтому необходимы повторные инъекции. Поскольку CCl4 повреждает гепатоциты, эта модель может быть предложена для изучения механизма фиброза, вызванного повреждением гепатоцитов при хроническом гепатите B и C. С этой целью часто применяют пероральное и внутрибрюшинное введение CCl4, однако при ингаляционной модели развивается цирроз печени и асцит. Модель с ингаляцией CCl4 полезна для изучения конечной стадии фиброза печени [26]. Учитывая высокую воспроизводимость моделей с введением CCl4, многие исследователи используют ее в качестве основной для изучения фиброза печени.

Тиоацетамид (ТАА) занимает второе место по использованию в качестве гепатотоксина, индуцирующего фиброз печени у грызунов [27]. Тиоацетамид в дозах 50–200 мг/кг вызывает повреждение печени и фиброз за счет метаболического окисления, формируя активные гепатотоксичные метаболиты сульфоксид ТАА и сульфодиоксид ТАА, конвертируемые CYP2E1 [28]. Токсические метаболиты вызывают окислительный стресс центролобулярных клеток, некроз и воспаление, тем самым активируя гепато-целлюлярную карциному (ГЦК) и индуцируя фиброз [29]. Модель ТАА способствует повреждению гепатоцитов в зонах 1 и 3 и развитию портально-портального и портально-центрального мостовидного фиброза соответственно. Повреждение носит прогрессирующий и стойкий характер. Введение ТАА с питьевой водой вызывает постоянное повреждение печени, что может воспроизводить хронические гепатиты B и C человека лучше, чем CCl4 модель.

Диметилнитрозамин (ДМН) – это нитрозамин, известный канцероген, вызывающий фиброз печени у грызунов. ДМН индуцирует отложение железа, накопление жира, центролобулярный застой и геморрагический некроз [30, 31]. Прогрессирование фиброза вызывает порто-портальный и портально-центральный мостовидный фиброз, усиление перекрестных сшивок коллагена, при котором коллаген типа III является доминирующим по сравнению с типом I [32]. Модель ДМН приводит к тяжелому фиброзу и демонстрирует повышенную экспрессию актина гладких мышц [33], что делает его полезным при изучении механизмов фиброза.

Модели неалкогольного стеатогепатита (НАСГ)

Неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) становится сегодня основной причиной хронических заболеваний печени [34]. НАСГ развивается у 20–25 % пациентов с НАЖБП. У пациентов с НАСГ может развиться фиброз, а у некоторых из них цирроз печени [35]. Поскольку фиброз является наиболее важным прогностическим фактором [36, 37], экспериментальные модели НАЖБП фиброза имеют решающее значение для исследования НАЖБП.

Диета с высоким содержанием жиров (ДВСЖ) приводит к ожирению печени и может использоваться для изучения НАЖБП и его перехода в НАСГ и фиброз. ДВСЖ, содержащая 40–60 % жировых калорий, подходит для изучения ожирения, резистентности к инсулину и простого стеатоза. В основном ДВСЖ содержат насыщенные жиры в качестве основного источника [38] из-за того, что насыщенные жиры способствуют развитию НАСГ лучше, чем ненасыщенные [39]. Хотя ДВСЖ повышает уровень аланинамино-трансферазы в сыворотке крови и воспалительную экспрессию генов через 2–6 месяцев кормления, для развития легкого фиброза требуется примерно 50 недель [40].

Можно использовать модифицированные модели ДВСЖ. Фруктоза, которой много содержится в сладких газированных напитках и конфетах, увеличивает липогенез печени и ингибирует β-окисление жирных кислот [41]. Сочетание ДВСЖ и питья с добавлением фруктозы/глюкозы в течение 4–6 месяцев вызывает стеатоз, некровоспаление, инсулинорезистентность и фиброз [42,43]. Используется ДВСЖ с содержанием холестерина 0,2–2 %, поскольку он способствует воспалению и фиброзу [44]. ДВСЖ с добавлением фруктозы и холестерина в течение 6 месяцев индуцирует НАСГ с гепатоцеллюлярным баллонированием, прогрессирующим фиброзом и проявлениями метаболического синдрома [45]. В систематическом обзоре [46] показано, что модель ДВСЖ с высоким содержанием фруктозы у грызунов напоминает человеческую НАЖБП.

Диета с дефицитом метионина и холина (МХД) приводит к нарушению метаболизма жиров и развитию стеатоза печени, что может прогрессировать до стеатогепатита и фиброза. Диеты МХД содержат высокое содержание сахарозы и умеренное количество жира, и при этом дефицит метионина и холина. Дефицит этих основных компонентов предотвращает экспорт липидов из гепатоцитов, что приводит к накоплению липидов в печени, нарушение β-окисления и выработки активных форм кислорода [47]. Диета МХД вызывает НАСГ через 3 недели и фиброз через 5–8 недель [48], что значительно быстрее, чем при ДВСЖ, однако на ее фоне не проявляются системные метаболические проявления, такие как увеличение массы тела, дислипидемия и резистентность к инсулину [49], что делает ее менее распространенной при исследованиях болезней печени.

Холин-дефицитная диета (ХД) – еще одна модель НАСГ с дефицитом холина и добавлением метионина, из которого образуется небольшое количество холина, что позволяет грызунам выживать дольше. ХД через 6 месяцев приводит к увеличению массы тела, слабой инсулинорезистентности и фиброзу. При более длительном моделировании ХД (84 недели) развивается гепато-целлюлярная карцинома, что делает ее применимой для изучения ГЦК, индуцированного НАСГ [50].

ДВСЖ с дефицитом холина (ХД-ДВСЖ) индуцирует основные особенности НАСГ: стеатоз, воспаление и фиброз с системными метаболическими нарушениями – увеличением массы тела и резистентностью к инсулину. ХД-ДВСЖ вызывает перицеллюлярный фиброз через 6 недель, мостиковый фиброз – через 24 недели, ГЦК – через 12–15 месяцев [51], что делает ее применимой для исследований НАСГ-фиброза и релевантной для человека.

Гибридная модель ДВСЖ в сочетании с CCl4 используется для воспроизведения более сложного и реалистичного патогенеза НАСГ, включая фиброз. Транскриптомный анализ этой модели показал сходные с НАСГ человека паттерны экспрессии генов [52].

Билиарные модели фиброза

Модель с лигированием желчного протока воспроизводит холестаз, связанный с дефектами клеточной секреции желчи или механической обструкцией желчного протока [53]. После хирургического лигирования внепеченочных желчных протоков уровень билирубина повышается через 7 дней, уровни сывороточных аминотрансфераз повышаются ко 2–3-й неделе, перипортальный фиброз начинается через 10 дней, портально-портальный мостовидный фиброз развивается через 3 недели [54]. Прием витамина К может увеличить выживаемость.

Диета с 3,5-диэтоксикарбонил-1,4-дигидроколли-дином (ДДК) – еще одна модель холестатического фиброза печени. ДДК вызывает секрецию порфиринов в желчные протоки и образование кристаллов порфирина и закупорку желчи в протоках, что приводит к фиброзу через 4–8 недель кормления [55].

На трансгенных мышах линии Mdr2-/- моделируется склерозирующий холангит. У мышей Mdr2-/- присутствует дефект секреции фосфолипидов в желчь, что приводит к перипортальному фиброзу [56]. У этих животных повышенная экспрессия профиброгенных генов проявляется ко 2 неделе жизни, прогрессирующий билиарный фиброз развивается через 4–8 недель, а ГЦК после 4–6 месяцев [57].

Еще одна трансгенная линия для изучения фиброза печени – мыши с делецией TGF-b-активированной киназы 1 в гепатоцитах, у которых спонтанно развивается перицеллюлярный и перипортальный фиброз печени с 1-месячного возраста с последующим образованием ГЦК к 6 месяцам [58].

Алкоголь-индуцированные модели фиброза

Алкогольная болезнь печени охватывает заболевания от стеатоза до тяжелых формы, включая алкогольный гепатит и цирроз печени, вызванные злоупотреблением алкоголем. Хроническое употребление алкоголя вызывает стеатоз, и у 20–40 % этих пациентов развивается фиброз [59]. Однако в большинстве моделей с нагрузкой алкоголем у грызунов фиброз практически не развивается, либо развивается умеренно [60, 61], что делает эти подходы мало релевантными для изучения печеночного фиброза. Комбинированные модели у грызунов с введением алкоголя и гепатотоксинов приводят к формированию фиброза [62], но вклад алкоголя и токсина при этом сложно вычленить.

Модели фиброза легких

Блеомициновые модели. Блеомицин (БЛМ) – известное химиотерапевтическое средство, используемое для лечения некоторых неопластических заболеваний, таких как лимфомы, плоскоклеточный рак головы и шеи, рак яичек, рак яичников. Эффекты БЛМ изучались на различных экспериментальных моделях животных, включая мышей, крыс, хомяков, кроликов, морских свинок и собак, которые крайне неоднородны, поскольку препарат вводят в разных дозах и разными путями. Модели на крысах и мышах наиболее широко используются для индукции фиброза легких [63, 64]. В мышиной модели течение развития заболевания отличается от наблюдаемого у людей. У мышей фиброз легких появляется между 14 и 28 днями после однократного введения блеомицина, а в течение 6 недель легкие восстанавливаются самостоятельно, и признаки фиброза остаются минимальными или отсутствуют [65]. У человека фиброз является результатом повторяющихся повреждений альвеолярного эпителия в конечном итоге вызывают прогрессирующий и необратимый фиброз. В большинстве исследований используются мыши C57Bl/6, и лишь немногие авторы используют другие линии, такие как 129, CBA, Balb/c и ICR. Фактически, линия C57Bl/6 более восприимчива, чем мыши Balb/c, к БЛМ-индуцированному фиброзу. Эти различия могут указывать на вариабельность экспрессии БЛМ гидролазы у различных линий животных [64, 66].

Модели БЛМ-индуцированного фиброза легких у животных характеризуются высокой воспроизводимостью и способностью имитировать основные гистологические особенности, наблюдаемые у пациентов, получавших БЛМ в качестве противоопухолевого препарата. Несмотря на большой интерес к изучению механизмов действия БЛМ и приверженность различных исследовательских групп, молекулярные процессы, участвующие в индукции фиброза, до сих пор полностью не изучены. Можно предположить, что БЛМ способен вызывать повреждение легких в две фазы: первая характеризуется преобладанием воспалительного компонента в течение 2 недель после введения препарата, а затем фиброзным событием между третьей и четвертой неделями. В отношении конкретных механизмов и процессов, участвующих в развитии легочного фиброза, очень важен способ введения БЛМ. Препарат можно вводить внутрибрюшинно, внутривенно, подкожно или интратрахеально, но наиболее часто используются внутривенный (в/в) и внутритрахеальный пути. В/в ведение (20 мг/кг два раза в неделю в течение 4–8 недель) имитирует введение препарата пациентам во время химиотерапевтического лечения. Первоначально повреждение ограничивается клетками легочного интерстиция и может включать признаки острого повреждения легких (повреждение альвеолярного эпителия, утечка жидкости и белков плазмы в альвеолярное пространство, альвеолярная консолидация и образование гиалиновых мембран). Также наблюдаются очаговый некроз эпителиальных клеток I типа и индукция метаплазии эпителиальных клеток II типа, а также воспалительные инфильтраты и фиброз в субплевральных областях [67]. К сожалению, этот метод введения не способен гарантировать полное развитие фиброза у всех животных. Промежуток времени для развития заболевания относительно велик, поскольку первоначальные поражения на эпителиальном уровне наблюдаются примерно через 4 недели лечения. Внутритрахеальное введение первоначально приводит к повреждению альвеолярных эпителиальных клеток, увеличению нейтрофильного и лимфоцитарного панальвеолита, наличию альвеолярных воспалительных клеток, пролиферации фибробластов и синтезу внеклеточного матрикса. Преимущество внутритрахеального введения состоит в том, что однократная доза БЛМ способна стимулировать повреждение легких и, как следствие, фиброз у грызунов, вызывая воспалительную реакцию и усиливая апоптоз эпителия, который происходит в течение недели после введения. Начало фиброза в этой модели можно биохимически и гистологически наблюдать к 14-му дню, при этом максимальный ответ обычно регистрируется примерно на 21–28-й день. К сожалению, на мышиной модели поражение легких после интратрахеального БЛМ является компенсированным, поскольку фиброз разрешается через 28 дней после введения препарата, а у мышей C57Bl/6J функция легких восстанавливается примерно через 6 недель после первоначального введения [63, 68].

Модели фиброза почек

Экспериментальные модели широко используются для изучения механизмов, участвующих в прогрессировании заболеваний почек до фиброза [69]. Возрастное почечное фиброзирование начинается раньше и становится более тяжелым у крыс-самцов, чем у самок, а крысы Sprague-Dawley менее устойчивы, чем другие линии крыс. Исследования старения на мышах показывают, что линия и пол также влияют на прогрессирование почечной недостаточности [70]. Для изучения фиброза почек используются индуцированные модели (хирургические и химические), спонтанные модели, генетические модели и модели in vitro [71,72].

Химические модели

Хлорид ртути (HgCl2) – введение per os крысам Sprague-Dawley один раз в день в течение 9 недель приводит к интерстициальному фиброзу почек с повышенным количеством коллагена. Эффект HgCl2 характеризуется активацией почечных фибробластов, перепроизводством и отложением внеклеточного матрикса, повышением перекисного окисления липидов в почках [73], увеличением активности NFĸB и некрозом ткани.

Ванадат – вводят подкожно крысам Sprague-Dawley в возрасте 11 недель в дозе 0,9 мг/кг в сутки в течение 16 дней, что приводит к воспалению и фиброзу, при этом патологические и биохимические изменения наиболее выражены в ткани почек. Через 12 дней клеточная пролиферация в коре и мозговом слое значительно повышалась, и наблюдался фиброз почек, максимальное отложение коллагена наблюдалось через 25 дней [74].

Уранила нитрат – вводимый внутрибрюшинно (0,3 или 0,5 мг/100 г) вызывает в почках крыс легкий или умеренный очаговый интерстициальный фиброз через 4 недели. Через 20 недель были выявлены фиброзные участки, содержащие атрофические канальцы с утолщенной базальной мембраной и умеренной лимфоцитарной инфильтрацией. Введение уранилнитрата индуцирует почечный фиброз дозозависимым образом [75]. Уранилнитрат, по-видимому, – оптимальная модель интерстициального фиброза почек.

Фолиевая кислота, вводимая внутрибрюшинно (240 мг/кг), вызывала у мышей быстрое появление кристаллов фолиевой кислоты в канальцах с последующей тяжелой нефротоксичностью через 1–14 дней после введения. К 28–42 дням у этих животных развивался очаговый интерстициальный фиброз. Тяжелые повреждения, вызванные фолиевой кислотой, связаны с прямым токсическим действием на эпителиальные клетки канальцев и обструкцией отдельных канальцев, что делает ее применимой для изучения интерстициального фиброза [76].

Циклоспорин А – первичный ингибитор кальциневрина, используется в клинической практике как иммунодепрессивное средство для повышения эффективности трансплантации органов. Однако длительное его применение может вызвать почечный фиброз, что частично ограничивает его применение [77]. Модель циклоспорина А применима для изучения интерстициального фиброза [76], но обладает рядом недостатков: высокая стоимость, токсичность для печени, длительный период эксперимента, а также значительно более высокие концентрации циклоспорина А, используемые в исследованиях на животных, по сравнению с дозами в клинической практике [78].

Хирургические модели

Модель редукции почек на 5/6 использовалась на различных линиях крыс и мышей для изучения патогенеза гломерулосклероза, а также для оценки изменений при хронической почечной недостаточности, а именно фиброзе почек [69,79]. Односторонняя обструкция мочеточника является наиболее широко используемой моделью интерстициального фиброза вследствие быстрой канальцевой атрофии, фиброза и повреждения матрикса [80].

Ишемия-реперфузия моделируется односторонней перевязкой почечной артерии на 20 или 45 мин у крыс Wistar, а у мышей C57BL/6 – на 45 или 60 мин [81]. Спустя сутки правую почку удаляют через дорсальный разрез для устранения компенсаторных эффектов контралатеральной почки. Морфологические изменения, характерные для гломерулосклероза и интерстициального фиброза, наблюдаются между 20 и 40 неделями после ишемии почек [82].

Модели фиброза, вызванного сахарным диабетом, окислительным стрессом

Стрептозотоцин-индуцированный сахарный диабет – введение стрептозотоцина (65 мг/кг внутривенно) у крыс через 4 или 8 недель вызывает отложение коллагена в почках, повышенный уровень фибронектина и TGFβ в плазме [83]. Эту модель можно рассматривать как модель почечного фиброза при изучении осложнений сахарного диабета.

Адриамицин – противоопухолевый препарат, индуцирующий побочные эффекты, такие как активация перекисного окисления липидов в эпителии клубочков. Адриамицин индуцировал нефропатию крыс и мышей с массивной протеинурией, поражением, базальной мембраны канальцев, вызывая воспалительную реакцию и интерстициальный фиброз [84,85]. Модель нефропатии, индуцированной адриамицином, может использоваться для изучения фокально-сегментарного гломерулосклероза и нефротического синдрома [86].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экспериментальные модели на животных необходимы, поскольку они позволяют исследовать патологические механизмы in vivo. Идеальная животная модель должна максимально точно имитировать патологию у человека, быть высоко воспроизводимой и последовательной, простой в исполнении, широко доступной и не слишком дорогостоящей. Общие преимущества моделей на животных заключаются в способности воспроизводить сложные генетические, биохимические, экологические и фенотипические взаимодействия.

Одними из наиболее релевантных и валидных животных моделей фиброза можно считать модели с блеомицином [87]. Их преимущества включают низкую стоимость, простоту, быстроту, высокую во производимость и широкое использование в исследованиях идиопатического легочного фиброза. Блеомициновая модель хорошо характеризована, клинически релевантна и способна вызывать фиброз при различных путях введения. Недостаток блеомициновой модели заключается в самоограничивающемся характере фиброза, что контрастирует с типичным прогрессирующим хроническим фиброзом, наблюдаемым у человека. Несмотря на свои ограничения, она подходит для изучения патофизиологии прогрессирующего фиброза, а также для доклинических исследований новых лекарственных средств. Целесообразно использовать комбинированные модели фиброза, сочетая введение блеомицина с другими профиброзными факторами.

×

Об авторах

Вадим Анатольевич Косолапов

Волгоградский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vad-ak@mail.ru

доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры фармакологии и биоинформатики, заведующий лабораторией метаботропных лекарственных средств, Научный центр инновационных лекарственных средств с опытно-промышленным производством

Россия, Волгоград

Роман Александрович Литвинов

Волгоградский государственный медицинский университет

Email: litvinov.volggmu@mail.ru

кандидат медицинских наук, доцент кафедры фармакологии и биоинформатики, старший научный сотрудник лаборатории метаботропных лекарственных средств, Научный центр инновационных лекарственных средств с опытно-промышленным производством

Россия, Волгоград

Александр Алексеевич Спасов

Волгоградский государственный медицинский университет

Email: aspasov@mail.ru

доктор медицинских наук, академик Российской академии наук, профессор, заведующий кафедрой фармакологии и биоинформатики, научный руководитель, Научный центр инновационных лекарственных средств с опытно-промышленным производством

Россия, Волгоград

Список литературы

  1. Altrock E., Sens C., Wuerfel C. et al. Inhibition of fibronectin deposition improves experimental liver fibrosis. Journal of hepatology. 2015;62(3):625–633. doi: 10.1016/j.jhep.2014.06.010.
  2. Wermuth P.J., Jimenez S.A. Abrogation of transforming growth factor-β-induced tissue fibrosis in TBRIcaCol1a2Cre transgenic mice by the second generation tyrosine kinase inhibitor SKI-606 (Bosutinib). PloS one. 2018;13(5):e0196559. doi: 10.1371/journal.pone.0196559.
  3. Madala S.K., Schmidt S., Davidson C. et al. MEK-ERK pathway modulation ameliorates pulmonary fibrosis associated with epidermal growth factor receptor activation. American journal of respiratory cell and molecular biology. 2012; 46(3), 380–388. doi: 10.1165/rcmb.2011-0237OC.
  4. Lee J., An J.N., Hwang J.H. et al. (2019). p38 MAPK activity is associated with the histological degree of interstitial fibrosis in IgA nephropathy patients. PloS one. 14(3);e0213981. doi: 10.1371/journal.pone.0213981.
  5. Sieber P., Schäfer A., Lieberherr R. et al. NF-κB drives epithelial-mesenchymal mechanisms of lung fibrosis in a translational lung cell model. JCI insight. 2023;8(3):e154719. doi: 10.1172/jci.insight.154719.
  6. Dong J., Ma Q. In Vivo Activation and Pro-Fibrotic Function of NF-κB in Fibroblastic Cells During Pulmonary Inflammation and Fibrosis Induced by Carbon Nanotubes. Frontiers in pharmacology. 2019;10:1140. doi: 10.3389/fphar.2019.01140.
  7. Wang J., Hu K., Cai X. et al. Targeting PI3K/AKT signaling for treatment of idiopathic pulmonary fibrosis. Acta pharmaceutica Sinica. 2022;B;12(1):18–32. doi: 10.1016/j.apsb.2021.07.023.
  8. Liu J., Wang F., Luo F. The Role of JAK/STAT Pathway in Fibrotic Diseases: Molecular and Cellular Mechanisms. Biomolecules. 2023;13(1):119. doi: 10.3390/biom13010119.
  9. Gu D., Soepriatna A.H., Zhang W. et al. Activation of the Hedgehog signaling pathway leads to fibrosis in aortic valves. Cell & bioscience. 2023;13(1):43. doi: 10.1186/s13578-023-00980-1.
  10. Effendi W.I., Nagano T. The Hedgehog Signaling Pathway in Idiopathic Pulmonary Fibrosis: Resurrection Time. International journal of molecular sciences. 2021; 23(1):171. doi: 10.3390/ijms23010171.
  11. Akhmetshina A., Palumbo K., Dees C. et al. Activation of canonical Wnt signalling is required for TGF-β-mediated fibrosis. Nature communications. 2012;3:735. doi: 10.1038/ncomms1734.
  12. Piersma B., Ban R.A., Boersema M. Signaling in Fibrosis: TGF-β, WNT, and YAP/TAZ Converge. Frontiers in medicine. 2015;2:59. doi: 10.3389/fmed.2015.00059.
  13. Lam A.P., Gottardi C.J. β-catenin signaling: a novel mediator of fibrosis and potential therapeutic target. Current opinion in rheumatology. 2011;23(6):562–567. doi: 10.1097/BOR.0b013e32834b3309.
  14. Sawant M., Wang F., Koester J. et al. Ablation of integrin-mediated cell-collagen communication alleviates fibrosis. Annals of the rheumatic diseases. 2023;82(11):1474–1486. doi: 10.1136/ard-2023-224129.
  15. Mia M.M., Singh M.K. New Insights into Hippo/YAP Signaling in Fibrotic Diseases. Cells. 2022;11(13):2065. doi: 10.3390/cells11132065.
  16. Phan S.H. Biology of fibroblasts and myofibroblasts. Proceedings of the American Thoracic Society. 2008;5(3):334–337. doi: 10.1513/pats.200708-146DR.
  17. Wynn T.A. Cellular and molecular mechanisms of fibrosis. The Journal of pathology. 2008;214(2):199–210. doi: 10.1002/path.2277.
  18. Sankari A., Chapman K., Ullah S. Idiopathic Pulmonary Fibrosis. In StatPearls. StatPearls Publishing, 2024.
  19. Bataller R., Brenner D.A. Liver fibrosis. The Journal of clinical investigation. 2005;115(2):209–218. doi: 10.1172/JCI24282.
  20. Czubryt M.P., Hale T.M. Cardiac fibrosis: Pathobiology and therapeutic targets. Cellular signalling. 2021; 85:110066. doi: 10.1016/j.cellsig.2021.110066.
  21. Liu Y. Renal fibrosis: new insights into the pathogenesis and therapeutics. Kidney international. 2006;69(2):213–217. doi: 10.1038/sj.ki.5000054.
  22. Yanguas S.C., Cogliati B., Willebrords J. et al. Expe-rimental models of liver fibrosis. Archives of toxicology. 2016; 90:1025–1048.
  23. Weber L.W., Boll M., Stampfl A. Hepatotoxicity and mechanism of action of haloalkanes: carbon tetrachloride as a toxicological model. Critical reviews in toxicology. 2003;33:105–136.
  24. Boll M., Weber L.W., Becker E., Stampfl A. Mechanism of carbon tetrachloride-induced hepatotoxicity. Hepatocellular damage by reactive carbon tetrachloride metabolites. Zeitschrift für Naturforschung. C, Journal of biosciences. 2001;56:649–659.
  25. Slater T.F., Cheeseman K.H., Ingold K.U. Carbon tetrachloride toxicity as a model for studying free-radical mediated liver injury. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences. 1985;311:633–645.
  26. Domenicali M., Caraceni P., Giannone F. et al. A novel model of CCl4-induced cirrhosis with ascites in the mouse. Journal of hepatology. 2009;51:991–999.
  27. Fitzhugh O.G., Nelson A.A. Liver tumors in rats fed thiourea or thioacetamide. Science. 1948;108:626–628.
  28. Hajovsky H., Hu G., Koen Y. et al. Metabolism and toxicity of thioacetamide and thioacetamide S-oxide in rat hepatocytes. Chemical research in toxicology. 2012;25:1955–1963.
  29. Kang J.S., Wanibuchi H., Morimura K. et al. Role of CYP2E1 in thioacetamide-induced mouse hepatotoxicity. Toxicology and applied pharmacology. 2008;228:295–300.
  30. He J.Y., Ge W.H., Chen Y. Iron deposition and fat accumulation in dimethylnitrosamine-induced liver fibrosis in rat. World journal of gastroenterology. 2007;13:2061–2065.
  31. Jezequel A.M., Mancini R., Rinaldesi M.L. et al. A morphological study of the early stages of hepatic fibrosis induced by low doses of dimethylnitrosamine in the rat. Journal of hepatology. 1987;5:174–181.
  32. George J., Chandrakasan G. Molecular characteristics of dimethylnitrosamine induced fibrotic liver collagen. Biochimica et biophysica acta. 1996; 1292:215–222.
  33. Park H.J., Kim H.G., Wang J.H. et al. Comparison of TGFbeta, PDGF, and CTGF in hepatic fibrosis models using DMN, CCl4, and TAA. Drug and chemical toxicology. 2016;39:111–118.
  34. Riazi K., Azhari H., Charette J.H. et al. The prevalence and incidence of NAFLD worldwide: a systematic review and meta-analysis. The lancet. Gastroenterology & hepatology. 2022;7:851–861.
  35. Rinella M.E. Nonalcoholic fatty liver disease: a systematic review. JAMA. 2015;313:2263–2273.
  36. Ekstedt M., Hagstrom H., Nasr P. et al. Fibrosis stage is the strongest predictor for disease-specific mortality in NAFLD after up to 33 years of follow-up. Hepatology. 2015;61:1547–1554.
  37. Lee K.C., Wu P.S., Lin H.C. Pathogenesis and treatment of non-alcoholic steatohepatitis and its fibrosis. Clinical and molecular hepatology. 2023;29:77–98.
  38. Eng J.M., Estall J.L. Diet-induced models of nonalcoholic fatty liver disease: food for thought on sugar, fat, and cholesterol. Cells. 2021;10:1805.
  39. Rosqvist F., Kullberg J., Stahlman M. et al. Overeating saturated fat promotes fatty liver and ceramides compared with polyunsaturated fat: a randomized trial. The Journal of clinical endocrinology and metabolism. 2019;104:6207–6219.
  40. Ito M., Suzuki J., Tsujioka S. et al. Longitudinal analysis of murine steatohepatitis model induced by chronic exposure to high-fat diet. Hepatology research : the official journal of the Japan Society of Hepatology. 2007;37:50–57.
  41. Jensen T., Abdelmalek M.F., Sullivan S. et al. Fructose and sugar: a major mediator of non-alcoholic fatty liver disease. Journal of hepatology. 2018;68:1063–1075.
  42. Kohli R., Kirby M., Xanthakos S.A. et al. High-fructose, medium chain trans fat diet induces liver fibrosis and elevates plasma coenzyme Q9 in a novel murine model of obesity and nonalcoholic steatohepatitis. Hepatology. 2010;52:934–944.
  43. Radhakrishnan S., Yeung S.F., Ke J.Y. et al. Con-siderations when choosing high-fat, high-fructose, and highcholesterol diets to induce experimental nonalcoholic fatty liver disease in laboratory animal models. Current developments in nutrition. 2021;5:nzab138.
  44. Ioannou G.N., Subramanian S., Chait A. et al. Cholesterol crystallization within hepatocyte lipid droplets and its role in murine NASH. Journal of lipid research. 2017; 58:1067–1079.
  45. Charlton M., Krishnan A., Viker K. et al. Fast food diet mouse: novel small animal model of NASH with ballooning, progressive fibrosis, and high physiological fidelity to the human condition. American journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology. 2011;301:G825–G834.
  46. Im Y.R., Hunter H., de Gracia Hahn D. et al. A systematic review of animal models of NAFLD finds high-fat, highfructose diets most closely resemble human NAFLD. Hepatology. 2021;74:1884–1901.
  47. Anstee Q.M., Goldin R.D. Mouse models in non-alcoholic fatty liver disease and steatohepatitis research. International journal of experimental pathology. 2006; 87:1–16.
  48. Farrell G., Schattenberg J.M., Leclercq I. et al. Mouse models of nonalcoholic steatohepatitis: toward optimization of their relevance to human nonalcoholic steatohepatitis. Hepatology. 2019;69:2241–2257.
  49. Takahashi Y., Soejima Y., Fukusato T. Animal models of nonalcoholic fatty liver disease/nonalcoholic steatohepatitis. World journal of gastroenterology. 2012; 18:2300–2308.
  50. Denda A., Kitayama W., Kishida H. et al. Development of hepatocellular adenomas and carcinomas associated with fibrosis in C57BL/6J male mice given a cholinedeficient, L-amino acid-defined diet. Japanese journal of cancer research: Gann. 2002;93:125–132.
  51. Febbraio M.A., Reibe S., Shalapour S. et al. Preclinical models for studying NASH-driven HCC: how useful are they? Cell metabolism. 2019;29:18–26.
  52. Tsuchida T., Lee Y.A., Fujiwara N. et al. A simple diet- and chemical-induced murine NASH model with rapid progression of steatohepatitis, fibrosis and liver cancer. Journal of hepatology. 2018;69:385–395.
  53. Hirschfield G.M., Heathcote E.J., Gershwin M.E. Pathogenesis of cholestatic liver disease and therapeutic approaches. Gastroenterology. 2010;139:1481–1496.
  54. Tag C.G., Sauer-Lehnen S., Weiskirchen S. et al. Bile duct ligation in mice: induction of inflammatory liver injury and fibrosis by obstructive cholestasis. Journal of visualized experiments : JoVE. 2015;96:52438.
  55. Deng X., Zhang X., Li W. et al. Chronic liver injury induces conversion of biliary epithelial cells into hepatocytes. Cell Stem Cell. 2018;23:114–122.
  56. Fickert P., Fuchsbichler A., Wagner M. et al. Regu-rgitation of bile acids from leaky bile ducts causes sclerosing cholangitis in Mdr2 (Abcb4) knockout mice. Gastroenterology. 2004;127:261–274.
  57. Ikenaga N., Liu S.B., Sverdlov D.Y. et al. A new Mdr2(-/-) mouse model of sclerosing cholangitis with rapid fibrosis progression, early-onset portal hypertension, and liver cancer. The American journal of pathology. 2015;185:325–334.
  58. Song I.J., Yang Y.M., Inokuchi-Shimizu S. et al. The contribution of toll-like receptor signaling to the development of liver fibrosis and cancer in hepatocyte-specific TAK1-deleted mice. International journal of cancer. 2018;142:81–91.
  59. Crabb D.W., Im G.Y., Szabo G. et al. Diagnosis and treatment of alcohol-associated liver diseases: 2019 practice guidance from the American Association for the Study of Liver Diseases. Hepatology. 2020;71:306–333.
  60. Liang S., Zhong Z., Kim S.Y. et al. Murine macrophage autophagy protects against alcohol-induced liver injury by degrading interferon regulatory factor 1 (IRF1) and removing damaged mitochondria. The Journal of biological chemistry. 2019;294:12359–12369.
  61. Bertola A., Mathews S., Ki S.H. et al. Mouse model of chronic and binge ethanol feeding (the NIAAA model). Nature protocols. 2013;8:627–637.
  62. Brol M.J., Rosch F., Schierwagen R. et al. Combination of CCl4 with alcoholic and metabolic injuries mimics human liver fibrosis. American journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology. 2019;317:G182–G194.
  63. Moore B.B., Hogaboam C.M. Murine models of pulmonary fibrosis. American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology. 2008;294:152–160.
  64. Walters D.M., Kleeberger S.R. Mouse models of bleomycin-induced pulmonaryfibrosis. Current protocols in pharmacology. 2008;5(46):1–17.
  65. Degryse A.L., Tanjore H., Xu X.C. et al. Repetitive intratracheal bleomycin models several features of idiopathicpulmonary fibrosis. American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology. 2010;299:442–452.
  66. Rafii R., Juarez M.M., Albertson T.E., Chan A.L. A review of current and noveltherapies for idiopathic pulmonary fibrosis. Journal of thoracic disease. 2013;5:48–73.
  67. Della Latta V., Cecchettini A., Del Ry S., Morales M.A. Bleomycin in the setting of lung fibrosis induction: From biological mechanisms to counteractions. Pharmacological research. 2015;97:122–130. doi: 10.1016/j.phrs.2015.04.012.
  68. Mouratis M.A., Aidinis V. Modeling pulmonary fibrosis with bleomycin. Current opinion in pulmonary medicine. 2011;17:355–361.
  69. Fogo A.B. Progression and potential regression of glomerulosclerosis. Kidney international. 2001;59(2):804–819.
  70. Yang H.C., Zuo Y., Fogo A.B. Models of chronic kidney disease. Drug discovery today. Disease models. 2010; 7(1–2):13–19.
  71. Bing P, Maode L, Li F., Sheng H. Expression of renal transforming growth factor-beta and its receptors in a rat model of chronic cyclosporine-induced nephropathy. Transplantation proceedings. 2006;38(7):2176–2179.
  72. Ucero A.C., Benito-Martin A., Fuentes-Calvo I. et al. TNF-related weak inducer of apoptosis (TWEAK) promotes kidney fibrosis and RASdependent proliferation of cultured renal fibroblast. Biochimica et biophysica acta. 2013;1832(10):1744–1755.
  73. Wang Q.L., Yuan J.L., Tao Y.Y. et al. Fuzheng huayu recipe and vitamin E reverse renal interstitial fibrosis through counteracting TGF-beta 1-induced epithelial-tomesenchymal transition. Journal of ethnopharmacology. 2010;127(3):631–640.
  74. Al-Bayati M.A., Giri S.N., Raabe O.G. et al. Time and dose-response study of the effects of vanadate on rats: Morphological and biochemical changes in organs. Journal of environmental pathology, toxicology and oncology : official organ of the International Society for Environmental Toxicology and Cancer. 1989;9(5–6):435–455.
  75. Appenroth D., Lupp A., Kriegsmann J. et al. Temporary warm ischaemia, 5/6 nephrectomy and single uranyl nitrate administration – comparison of three models intended to cause renal fibrosis in rats. Experimental and toxicologic pathology: official journal of the Gesellschaft für Toxikologische Pathologie. 2001;53(4):316–324.
  76. Yang H.C., Zuo Y., Fogo A.B. Models of chronic kidney disease. Drug discovery today. Disease models. 2010;7(1–2):13–19.
  77. Nielsen F.T., Jensen B.L., Hansen P.B. et al. The mineralocorticoid receptor antagonist eplerenone reduces renal interstitial fibrosis after long-term cyclosporine treatment in rat: Antagonizing cyclosporine nephrotoxicity. BMC nephrology. 2013;14:42.
  78. Kim J.Y., Ghee J.Y., Lim S.W. et al. Comparison of early and late conversion of sirolimus in experimental model of chronic cyclosporine nephropathy. Journal of Korean medical science. 2012;27(2):160–169.
  79. Chow K-M., Liu Z-C., Chang TM-S. Animal remnant kidney model of chronic renal failure revisited. Hong Kong journal of nephrology. 2003;5(2):57–64.
  80. Tan X., Li Y., Liu Y. Therapeutic role and potential mechanisms of active vitamin D in renal interstitial fibrosis. The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. 2007;103(3–5):491–496.
  81. Liu M., Agreda P., Crow M. et al. Effects of delayed rapamycin treatment on renal fibrosis and inflammation in experimental ischemia reperfusion injury. Transplantation proceedings. 41(10):2009;4065–4071.
  82. Takada M., Nadeau K.C., Shaw G.D., Tilney N.L. Prevention of late renal changes after initial ischemia/reperfusion injury by blocking early selectin binding. Transplantation. 1997;64(11):1520–1525.
  83. Miric G., Dallemagne C., Endre Z. et al. Reversal of cardiac and renal fibrosis by pirfenidone and spironolactone in streptozotocin-diabetic rats. British journal of pharmacology. 2001;133(5):687–694.
  84. Zhao J., Wang H., Cao A.L. et al. Renal tubulointerstitial fibrosis: A review in animal models. Journal of Integrative Nephrology and Andrology. 2015;2(3):75–80.
  85. Silveira K.D., Barroso L.C., Vieira A.T. et al. Beneficial effects of the activation of the angiotensin-(1-7) MAS receptor in a murine model of adriamycin-induced nephropathy. PLoS One. 2013;8(6):e66082.
  86. Tan R.J., Zhou L., Zhou D. et al. Endothelin receptor A blockade is an ineffective treatment for Adriamycin nephropathy. PLoS One. 2013;8(11):e79963.
  87. Ishida Y., Kuninaka Y., Mukaida N., Kondo T. Immune Mechanisms of pulmonary fibrosis with bleomycin. International journal of molecular sciences. 2023;24:3149. doi: 10.3390/ijms24043149.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Косолапов В.А., Литвинов Р.А., Спасов А.А., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 79562 от 27.11.2020 г.