Interleukins 4 and 6 as factors of modulation of subpopulation composition of blood monocytes in patients with ischemic cardiomyopathy

Cover Page

Abstract


Aim. To evaluate the ratio of the fractions of classical, intermediate, non-classical and transitional monocytes in correlation with the concentration of interleukins 4 and 6 in the blood of patients with ischemic cardiomyopathy.

Methods. 18 patients with ischemic cardiomyopathy (17 men and 1 woman) aged 47-66 years with circulatory insufficiency of functional class II-III according to the classification of heart failure of the New York Heart Association, were examined. The control group included 14 healthy donors matched by gender and age to patients with ischemic cardiomyopathy without any diseases of cardiovascular system and other systems in an exacerbation stage. In blood of the patients with ischemic cardiomyopathy, the relative content of classical (CD14++CD16-), intermediate (CD14++CD16+), non-classical (CD14+CD16+) and transitional (CD14+CD16-) monocytes was assessed by flow cytometry and the concentration of interleukins 4 and 6 by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).

Results. It was shown that the number of non-classical monocytes in the blood of patients with ischemic cardiomyopathy was 2 times lower than normal (5.05 % [4.08; 6.58] and 10.07 % [9.34; 13.84], respectively, p < 0.01), as well as the concentration of interleukin-4 (0.02 pg/ml [0; 0.04] and 0.15 pg/ml [0.05; 0.65], respectively, p < 0.05). The number of classical monocytes in the blood of patients had a tendency to decrease, and the proportion of intermediate monocytes and the concentration of interleukin-6, on the contrary, were slightly higher than in healthy individuals, and were interdependent (r = 0.61; p < 0.05). The relative content of transitional monocytes in the blood was comparable with that of healthy donors.

Conclusions. The subpopulation composition of blood monocytes in patients with ischemic cardiomyopathy is characterized by a deficiency of the fraction of non-classical monocytes with protective properties against endothelium, and interleukin-4 in the blood with a certain increase in the content of interleukin-6 and the number of intermediate cells with ability to cooperate with T-lymphocytes, which predisposes to diffuse atheromatosis of small coronary arteries and diffuse hypoxic myocardial damage in ischemic cardiomyopathy.


Ишемическая кардиомиопатия (ИКМП) представляет собой заболевание, патогенез которого достаточно сложен, неоднозначен и не полностью понятен. Трудности в изучении данной патологии можно отследить на протяжении полувековых исследовательских изысканий. Любая нозологическая единица должна быть лексически однозначной для профессионального сообщества, однако «терминологическая судьба» этой патологии претерпела множество метаморфоз ввиду того, что диапазон накопленных знаний вносил существенные коррективы в суть понимания проблемы. Так, T. Harrison в 1965 г. предложил термин «асинергия миокарда» для феномена нарушения сегментарной сократимости нерубцовых зон миокарда при ишемической болезни сердца (ИБС). В 1979 г. G.E. Bursh вводит понятие «ишемическая кардиомиопатия», подчеркивая тот факт, что она является истинной кардиомиопатией со всеми присущими ей признaками. Официально появ­ление данного термина в Международной классификации болезней датировано 1992 г. (МКБ-10), а в классификации Всемирной организации здравоохранения — в 1996 г. [1].

В настоящее время под ИКМП понимают патологическое состояние миокарда, обусловленное комплексом его морфофункциональных нарушений, развивающихся в результате хронической и периодически возникающей острой ишемии миокарда, основными проявлениями которого являются дилатация камер сердца и хроническая сердечная недостаточность [2]. Последняя сопровождается медиаторным ответом ишемизированных тканей и синтезом в них провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли α (ФНО-α), интерлейкины (ИЛ) 1 и 6 [3]. При этом ИКМП может развиваться по разным сценариям. Первый — хронологически длительный, с постепенным нарастанием симптоматики и, как следствие, с планомерным утяжелением состояния. Второй сценарий развивается бурно, приводя к развернутой клинической картине за короткий срок [4, 5].

Установлено, что в инициации ИКМП ключевые позиции занимают преходящая и хроническая ишемии сердца, а также постинфарктное ремоделирование миокарда. При этом в поле дискуссии существенное место отводится клеточной инфильтрации миокарда. Обсуждается ее роль в индукции апоптоза кардиомиоцитов, деструкции интерстициального матрикса, пролиферации фибробластов и синтеза ими коллагенов с различными свойствами и даже аутоиммунные механизмы [6]. Очевидно, что в процессах воспаления и фиброза ведущую роль играют макрофаги, дифференцирующиеся из моноцитов.

В настоящее время в литературе появляется все больше сведений о функциональной неоднородности моноцитов крови, обладающих различным эффекторным потенциалом, среди которых различают классические CD14++CD16 клетки, предназначенные для фагоцитоза, промежуточные CD14++CD16+ моноциты, осуществляющие иммунную функцию взаимодействия с Т-лимфоцитами, и неклассические CD14+CD16+ клетки, обладающие высоким аффинитетом к эндотелию и названые «патрулирующими» [7]. О субпопуляции переходных (CD14+CD16) моноцитов известно мало. Возможно, они являются триггерами иммунной активации и дифференцируются из классических моноцитов либо, наоборот, являются их предшественниками [8]. Показано, что моноциты различных фракций могут переходить друг в друга. Так, культивирование классичес­ких моноцитов крови в присутствии ­ИЛ-4, ИЛ-10 и колониестимулирующего фактора гранулоцитов и макрофагов вызывает появление CD16-рецептора на мембране этих клеток и снижает экспрессию CD14-молекул, что соответствует формированию иммунофенотипа промежуточных и неклассических моноцитов [9]. При этом до сих пор в литературе отсутствуют данные о субпопуляционном сос­таве моноцитов крови при ИКМП и остается неизвестной роль отдельных фракций мононуклеарных фагоцитов в патогенезе этого заболевания.

Таким образом, спектр нерешенных вопросов относительно патогенеза ИКМП в целом и участия в нем различных фракций моноцитов в частности достаточно широк, что определяет научный интерес к исследованию в этой области. Единичные сведения о взаимосвязи тяжелого течения ИКМП с активацией в ткани сердца металлопротеиназ и образованием коллагенов определенных типов [10, 11] лишь подчеркивают необходимость идентификации эффекторной и регуляторной ролей различных субпопуляций моноцитов в механизмах прогрессирования данного заболевания.

Цель работы — оценить соотношение фракций классических, промежуточных, неклассических и переходных моноцитов во взаимосвязи с концентрацией ИЛ-4 и ИЛ-6 в крови у больных ишемической кардиомиопатией.

В исследование вошли 18 больных ИКМП (17 мужчин и 1 женщина) в возрасте 47–66 лет (56,82 ± 5,14 лет) с недостаточностью кровооб­ращения II–III функциональных классов по NYHA. Критериями исключения из исследования считали наличие гематологических, аутоиммунных и опухолевых заболеваний, вирусного гепатита, ВИЧ-инфекции, острого воспалительного процесса в момент исследования или менее чем за 1 месяц до его проведения, отказ от исследования. Группу контроля составили 14 практически здоровых доноров в возрасте 40–67 лет, сопоставимых по полу и возрасту (53,28 ± 6,39 лет) р = 0,321 с больными ИКМП, не имеющих каких-либо заболеваний сердечно-­сосудистой системы, а также других систем органов в стадии обострения.

В забранной натощак гепаринизированной (25 МЕ/мл) венозной крови у больных ИКМП и здоровых доноров определяли относительное содержание классических (CD14++CD16), промежуточных (CD14++CD16+), неклассичес­ких (CD14+CD16+) и переходных (CD14+CD16) моноцитов методом проточной цитофлуориметрии (цитофлуориметр «Accuri С6», «BD Biosciences», США), принимая за 100 % все клетки, положительные по CD14. Иммунофенотипирование моноцитов проводили в цельной крови после предварительного цитолиза эритроцитов под действием лизирующего раствора («BD Biosciences», США). С целью идентификации субпопуляций моноцитов крови использовали моноклональные антитела CD14 FITC и CD16 PE («BD Biosciences», США) согласно методическим рекомендациям, изложенным в соответствующих инструкциях производителя. В плазме крови обследованных лиц определяли концентрацию ИЛ-4 и ИЛ-6 методом твердофазового иммуноферментного анализа с помощью коммерческих наборов АО «Вектор-Бест» (г. Новосибирск).

Для статистического описания результатов исследования вычисляли медиану, 25-й и 75-й процентили. С целью проверки гипотезы о равенстве выборочных средних использовали критерий Манна — Уитни. Для оценки связи между показателями рассчитывали коэффициент корреляции Спирмена. Результаты статис­тического анализа считали достоверными при уровне статистической значимости р < 0,05.

Анализ данных показал, что у больных ИКМП относительное содержание переходных моноцитов в крови соответствует показателям у здоровых доноров — р = 0,915 (табл. 1). Данное обстоятельство позволяет предположить, что процесс моноцитопоэза в костном мозге при ИКМП не нарушается. При этом количество классических моноцитов у больных ИКМП проявляло тенденцию к уменьшению — р = 0,789 в сочетании с реципрокной тенденцией числа промежуточных клеток — р = 0,310 (табл. 1, рис. 1). Эти отклонения субпопуляционного состава моноцитов крови от нормы при ИКМП хотя и не являются статис­тически значимыми, но укладываются в современные представления о генезе моноцитов различных фракций. Существует мнение, что классические формы моноцитов могут дифференцироваться в промежуточные [9, 12]. Вероятно, у больных ИКМП этот процесс протекает более активно, чем в норме, что подтверждается отрицательной корреляцией между численностью классических и промежуточных клеток (r = –0,85; р = 0,007) в крови. При этом у здоровых доноров подобной взаимосвязи не отмечалось (r = 0,06; р = 0,819).

 

Таблица 1. Соотношение различных фракций моноцитов и концентрация цитокинов в крови у больных ­ишемической кардиомиопатией

Содержание отдельных субпопуляций моноцитов и цитокинов в крови

Здоровые доноры

Ме [Q1; Q3]

Пациенты с ИКМП

Ме [Q1; Q3]

Уровень статистической значимости

Классические моноциты

(CD14++CD16), %

64,75

[61,34; 67,65]

57,77

[46,35; 79,76]

р = 0,789

Промежуточные моноциты

(CD14++CD16+), %

17,96

[15,06; 18,98]

25,06

[4,96; 42,31]

р = 0,310

Неклассические моноциты

(CD14+CD16+), %

10,07

[9,34; 13,84]

5,05

[4,08; 6,58]

р = 0,008

Переходные моноциты

(CD14+CD16), %

6,80

[5,03; 6,87]

6,03

[3,58; 10,89]

р = 0,915

ИЛ-4, пг/мл

0,15

[0,05; 0,63]

0,02

[0; 0,04]

р = 0,039

ИЛ-6, пг/мл

1,58

[1,09; 2,14]

2,01

[1,46; 2,76]

р = 0,243

Примечание: ИКМП — ишемическая кардиомиопатия, ИЛ — интерлейкин, р — уровень статистической значимости различий между показателями у больными ИКМП и здоровых доноров.

 


Рис. 1. Распределение моноцитов на субпопуляции по экспрессии CD14- и CD16-молекул по данным проточной цитометрии у здоровых доноров и больных ИКМП: R1 — классические (CD14++CD16), R2 — промежуточные (CD14++CD16+), R3 — неклассические (CD14+CD16+), R4 — переходные (CD14+CD16) моноциты

 

Единственной статистически значимой особенностью субпопуляционного состава моноцитов крови у больных ИКМП стало почти двукратное снижение количества неклассических моноцитов по отношению к их числу у здоровых доноров — р = 0,008 (табл. 1, рис. 1). Принимая во внимание роль неклассических и промежуточных моноцитов в организме, можно предположить важное участие этих клеток в патогенезе ИКМП. Неклассические моноциты выполняют функцию патрулирования эндотелия и способны элиминировать с поверхности сосудистой стенки окисленные липиды, погибшие клетки и патогены [13]. Промежуточные моноциты осуществляют иммунное взаимодействие с Т-лимфоцитами и активно синтезируют провоспалительные цитокины — ФНО-α и ИЛ-1β [14]. Следовательно, у больных ИКМП формируется дефицит моноцитов, способствующих очищению эндотелия, на фоне некоторого увеличения численности мононуклеарных фагоцитов с провоспалительным потенциалом (табл. 1). Неполноценность ­физиологического механизма протекции эндотелия у больных ИКМП, очевидно, предрасполагает к фиксации липидов на стенке самых мелких коронарных артерий, которые обычно не поражаются атеросклерозом, поскольку в них отсутствуют высокие напряжения сдвига [15]. Так, вероятно, реализуется паттерн диффузного ишемического поражения миокарда при ИКМП с участием неклассических моноцитов.

Одной из причин низкой генерации неклассических моноцитов при ИКМП может быть цитокиновый дисбаланс в крови. Так, у пациен­тов с ИКМП обнаруживался дефицит ИЛ-4 р = 0,039 на фоне отчетливой тенденции к увеличению концентрации ИЛ-6 в плазме ­крови р = 0,243 (табл. 1). Исходя из эффектов этого цитокина на моноциты [9], недостаток ­ИЛ-4, вероятно, опосредует слабую экспрессию CD16-молекул на клетках и не подавляет (как в норме) образование CD14-рецепторов. В результате из классических клеток (CD14++CD16) неклассические моноциты (CD14+CD16+) не образуются. При этом дифференцировка промежуточных моноцитов контролируется, очевидно, ИЛ-6, поскольку наблюдалась положительная корреляция его плазменной концентрации с численностью данной субпопуляции моноцитов в крови (r = 0,61; р = 0,043). Таким образом, учитывая гипотезу последовательной дифференцировки субпопуляций моноцитов из классических клеток в промежуточные, а из промежуточных — в неклассические [12], у больных ИКМП, согласно нашим данным, имеет место несколько ускоренное созревание классических моноцитов в промежуточные клетки под действием ИЛ-6, но блокируется дифференцировка последних в неклассические моноциты ввиду дефицита ИЛ-4. Не исключено, что такая особенность моноцитопоэза имеет наследственную предрасположенность, которая, как известно, свойственна всем кардиомиопатиям [15].

Интерпретируя значимость полученных результатов для клинической практики, необходимо сказать о том, что большого внимания заслуживает сопоставление содержания фракции неклассических и промежуточных моноцитов в крови при ИКМП и ИБС. В последнем случае число неклассических моноцитов в крови остается в норме при увеличении содержания промежуточных клеток [16, 17]. При этом у пациентов с достоверно установленным диаг­нозом ИКМП численность фракции неклассических моноцитов в крови оказалась ниже нормы (табл. 1). Исходя из этого, относительное содержание неклассических моноцитов в крови позволяет дифференцировать ИКМП от ИБС и прогнозировать возможное развитие ИКМП у больных, еще не имеющих признаков ее клинической манифестации.

Несомненно, субпопуляционный состав моноцитов крови представляет собой «зеркальное отражение» определенных процессов, протекающих на органном, тканевом и клеточном уровнях. Учитывая, что триггером ИКМП является миокардиальная гипоперфузия, провоцирующая ремоделирование левого желудочка, а основой кислородного голодания кардиомиоцитов — эндотелиальная дисфункция [18], то зарегистрированный в настоящем исследовании дефицит неклассических моноцитов в крови, обладающих протективными свойствами в отношении эндотелия, может усугублять эндотелиальную дисфункцию и послужить в дальнейшем маркером неблагоприятного прог­ноза данной патологии.

Выводы

Таким образом, течение ИКМП на этапе ее клинической манифестации характеризуется уменьшением численности субпопуляции неклассических моноцитов на фоне ­дефицита ИЛ-4 в крови в сочетании с ­тенденцией к уменьшению количества классических и увеличению числа промежуточных форм клеток в результате ускоренной дифференцировки последних, которая положительно коррелирует с уровнем ИЛ-6 в крови. Анализ субпопуляцион­ного состава моноцитов крови в перспективе поможет решать приоритетную задачу верификации диагноза уже на ранних стадиях формирования болезни, что сделает возможным своевременное выявление пациентов с риском развития ИКМП еще до клинической манифестации заболевания, а также станет основой для разработки нового направления патогенетически обоснованной
терапии ИКМП.

 

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (договор № 18-015-00160\18) и Совета по грантам Президента РФ для ведущих научных школ (договор № 14.W02.18.2690-НШ).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

D A Azarova

Siberian State Medical University

Author for correspondence.
Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

S P Chumakova

Siberian State Medical University

Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

O I Urazova

Siberian State Medical University

Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

M V Vins

Siberian State Medical University

Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

V M Shipulin

Tomsk National Research Medical Center of RAS

Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

A S Pryakhin

Tomsk National Research Medical Center of RAS

Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

V V Novitskiy

Siberian State Medical University

Email: azarova_d_a@mail.ru
Tomsk, Russia

  1. Richardson P., McKenna W., Bristow M., et al. Report of the 1995 World Health Organization / ­International Society and Federation of Cardiology Task Force on the Definitionand Classification of cardiomyopathies. Circulation. 1996; 93 (5): 841–842. doi: 10.1161/01.CIR.93.5.841.
  2. Osovskaya N.Y. Ischemic cardiomyopathy: terminology, epidemiology, pathophysio­logy, diagnosis, therapeutic approach. Novosti meditsiny i farmacii. 2011; 359: 16–19. (In Russ.)
  3. Bartekova M., Radosinska J., Jelemensky M., Dhalla N.S. Role of cytokines and inflammation in heart function during health and disease. Heart Fail. Rev. 2018; 23 (5): 733–758. doi: 10.1007/s10741-018-9716-x.
  4. Lezhnjov A.A., Shipulin V.M., Krivoshhekov E.V. Postoperative left ventricular remodeling. Clinical and morphological aspects. LAP Lambert Academic Publishing. 2012; 152 р. (In Russ.)
  5. Guddeti R.R., Matsuo Y., Matsuzawa Y., Kushwaha S.S., Lerman A. Ischemic cardiomyopathy is associated with coronary plaque progression and higher event rate in patients after cardiac transplantation. J. Am. Heart. Assoc. 2014; 3 (4): 10–91. doi: 10.1161/JAHA.114.001091.
  6. Kovalenko V.N., Gavrish A.S. Ischemic cardiomyopathy: neurohumoral and immuno-inflammatory aspects of pato- and ­morphogenesis. Ukrainskii kardiologicheskii zhurnal. 2013; 4: ­14–20. (In Russ.)
  7. Ziegler-Heitbrock L. The CD14+CD16+ blood monocytes: their role infection and inflammation. J. Leukoc. Biol. 2007; 3: 584–592. doi: 10.1189/jlb.0806510.
  8. Ziegler-Heitbrock L., Hofer T.P.J. Toward a refined definition of monocyte subsets. Front. Immunol. 2013; 4: 23. doi: 10.3389/fimmu.2013.00023.
  9. Matveeva V.G., Golovkin A.S., Kudryavtsev I.V., Grigoriev E.V., Chernova M.N. Dynamics of CD14+CD16+ monocytes subpopulations in complication-free systemic inflammatory response following coronary artery bypass graft surgery. Meditsinskaya immunologia. 2012; 14 (4–5): 391–398. (In Russ.)
  10. Kazakov V.A., Shipulin V.M., Lezhnev A.A., Kozlov B.N., Krivoshhekov E.V., Suhodolo I.V., Gutor S.S. The clinic and morphological parallels postoperative remodeling of the left ventricle. Patologiya krovoobrasheniya i ­kardiohirurgia. 2009; 4: 23–27. (In Russ.)
  11. Kazakov V.A., Suhodolo V.I., Shipulin V.M. Ultrastructural aspects of postinfarction remodeling of the left ventricle. Sibirskii meditsinskiy ­zhurnal. 2009; 4: 6–11. (In Russ.)
  12. Italiani P., Boraschi D. From Monocytes to M1/M2 Macrophages: Phenotypical vs. Functional Differentiation. Front. Immunol. 2014; 5: 514. DOI: 10.3389/
  13. fimmu.2014.00514.
  14. Dutta P., Nahrendorf M. Monocytes in ­myocardial infarction. Arterioscler., Thromb., Vasc. Biol. 2015; 35: 1066–1070. doi: 10.1161/ATVBAHA.114.304652.
  15. Barisionea C., Garibaldia S., Ghigliottia G., Fabbia P., Altieria P., Casalea M., Spallarossaa P., Berteroa G., Balbia M., Corsigliab L., Brunellia C. CD14CD16 monocyte subset levels in heart failure patients. Disease Marker. 2010; 28 (2): 115–124. doi: 10.3233/DMA-2010-0691.
  16. Lilly L.S. Pathophysiology of the cardiovascular system. Ed. by L.S. Lilly; translated from English. M.: Binom. Knowledge laboratory. 2016: 735 р. (In Russ.)
  17. Fadini G.P., Simoni F., Cappellari R., Previato L., Avogaro A. Pro-inflammatory monocyte-macrophage polarization imbalance in human hypercholesterolemia and atherosclerosis. Atherosclerosis. 2014; 237 (2): 805–808. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2014.10.106.
  18. Jaipersad A.S., Shantsila A., Lip G.Y.H., Shantsila E. Expression of monocyte subsets and ­angiogenic markers in relation to carotid plaque neovascularization in patients with pre-existing coronary artery disease and carotid stenosis. Ann. Med. 2014; 46 (7): 530–538. doi: 10.3109/07853890.2014.931101.
  19. Esper R.J. Hypertension arterial mechanics and ­other issues. Revista Argentina de Cardiologia. 2011; 79 (4): 13.

Views

Abstract - 177

PDF (Russian) - 68

PlumX


© 2018 Azarova D.A., Chumakova S.P., Urazova O.I., Vins M.V., Shipulin V.M., Pryakhin A.S., Novitskiy V.V.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77-75008 от 1 февраля 2019 года выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)