Низкий уровень белка теплового шока защитил медведей от тромбоза во время спячки

Низкий уровень экспрессии белка теплового шока 47 (HSP47), который отвечает за активацию тромбоцитов коллагеном и тромбином, спасает медведей в спячке от тромбоза. Такой же механизм ученые обнаружили у парализованных людей и здоровых добровольцев, которые 27 дней соблюдали строгий постельный режим. Исследование опубликовано в журнале Science. 

При длительном ограничении движения кровь в венах начинает двигаться медленнее. Снижение скорости кровотока уже предрасполагает к образованию тромбов, однако дополнительно этому способствует гипоксия и активация эндотелиальных клеток. Образовавшийся тромб может оторваться от стенки сосуда и циркулировать по венозной системе, где он в виде эмбола может закупорить более мелкие сосуды: наиболее опасно это в легочной артерии. 

При этом известно, что некоторые млекопитающие, такие как бурые медведи (Ursus arctos), впадают в зимнюю спячку, где на протяжении многих месяцев могут практически не двигаться. При этом венозных тромбозов и тромбоэмболий у них не возникает.

Ученые из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана под руководством Тобиаса Петцольда (Tobias Petzold) решили разобраться, как медведям и другим млекопитающим удается избежать образования тромбов во время длительной спячки. Для этого они исследовали бурых медведей во время их активной жизнедеятельности и во время спячки. Во время спячки ученые не обнаружили у медведей эхокардиографических признаков тромбоэмболии легочной артерии, а уровень D-димера у них был значительно ниже по сравнению с бодрствующим медведями. При этом у некоторых медведей во время бодрствования случались венозные тромбозы по механизму, схожему с человеческим. 

Чтобы выявить факторы, которые непосредственно участвуют в естественном механизме защиты от тромбозов во время зимней спячки, ученые отловили 13 молодых бурых медведей, за которыми они следили зимой во время спячки и в теплое время года во время бодрствования в Швеции. Сначала зоологи провели оценку гематологических показателей медведей. По повышенным уровням гемоглобина и гематокрита ученые выявили обезвоживание у медведей во время спячки.

При оценке свертывающей функции крови ученые обнаружили, что во время спячки время образования сгустка при активации внутреннего пути свертывания увеличивается по сравнению с бодрствующими особями. Упругость сгустка была незначительно снижена в зимнее время. Количество фактором свертываний было одинаковым для обоих состояний, зимой лишь немного снижалась их активность. 

Ученые решили сосредоточиться на тромбоцитарном гемостазе, поскольку обнаружили, что концентрация естественного эндотелиального ингибитора агрегации тромбоцитов простациклина зимой снижается. В целом тромбоцитов и нейтрофилов в крови медведей зимой было меньше, чем летом. Агрегация тромбоцитов зимой также снижалась, при этом она еще больше снижалась при стимуляции фибриллярным коллагеном и низкими дозами тромбина. Аденозиндифосфат, аналог тромбоксана A и пептид, активирующий рецептор тромбина, меняли форму тромбоцитов, но не вызывали агрегацию.

Так как при агрегации из тромбоцитов высвобождаются гранулы с фибриногеном, ученые исследовали активность этого процесса. Зимой высвобождение гранул под действием коллагена и тромбина проходило не так активно, как летом. Чтобы изучить этот феномен ученые проанализировали медвежий геном и протеом. Протеом тромбоцитов заметно различался у находящихся в спячке и активных бурых медведей, при этом количество 151 белка значительно меняется, в среднем в 2,1 раза. Из них экспрессия 80 была снижена, а 71 — повышена.

Сосредоточив внимание на белках, участвующих в активации тромбоцитов, ученые обнаружили снижение количества ROCK1 (серин/треонин-киназа, rho-ассоциированная, содержащая спиральную протеинкиназу 1) зимой. Уровни активирующих ROCK1 факторов также были снижены, а ингибиторов — повышены. Однако самая большая разница была в уровнях ингибитора сериновой протеиназы H1 — белка теплового шока 47 (HSP47). В среднем, уровень HSP47 в тромбоцитах медведей, впавших в спячку, этого белка было в 55 раз, чем у бодрствующих медведей.

HSP47 действует как постоянный белок эндоплазматического ретикулума фибробластов, который способствует сборке коллагена и его секреции во внеклеточное пространство. Также он ответственен за развитие ряда наследственных заболеваний соединительной ткани. На мембране тромбоцитов белок стимулирует передачу сигнала от коллагена, тем самым активируя тромбоцит вместе с другими рецепторами. 

Чтобы проверить функциональную важность HSP47 в предотвращении тромбозов, ученые вырастили мышей, у которых отключили экспрессию этого белка. У мышей замедлили венозный кровоток, что в контрольной группе вызвало значительное тромбообразование, а у химерных мышей тромбов практически не образовывалось. Кроме того, ученые обнаружили, что у исследуемых мышей снижает влияние тромбина на агрегацию тромбоцитов. Также белок активировал нейтрофилы: при их обработке очищенным HSP47 в клетках повышалась выработка активных форм кислорода и экспрессия лейкоцитарного интегрина CD11b. Рецептором белка выступал TLR2.

Известно, что несмотря на обездвиженность риск развития венозной тромбоэмболии у парализованных пациентов не выше, чем средний по популяции. Ученые обнаружили у таких пациентов меньшее количество и активность HSP47, что, по-видимому, защищало их от тромбоза. Кроме того, соблюдавшие 27 дней строгий постельный режим здоровые добровольцы, к концу эксперимента показывали снижение числа и активности HSP47. По лабораторным данным в обеих группах активность гемостаза снизилась. 

Хотя ранее один из белков теплового шока, HSP20, уже показывал защитное действие при реперфузионном повреждении, открытие немецких ученых позволяет разрабатывать новые стратегии профилактики и лечения тромбозов и тромбоэмболий, которые занимают ведущие места среди непосредственных причин смерти во всем мире. 

О том, как ученые разрабатывают методы введения человека в спячку подобно медведю, можно прочитать в нашем материале «Вечером мы погрузимся в спячку».