Введение

Сердечно-сосудистые заболевания, в частности инфаркт миокарда, представляют собой серьезную экономическую проблему. Инфаркт миокарда остается ведущей причиной смертности в большинстве развитых стран, в том числе и в Российской Федерации, где стандартизированные показатели летальности существенно превышают среднеевропейские значения [Панкин, 2004; Никишин и др., 2011; Шукуров, Курбанов, 2011; American Heart Association. 2003; Ertl, Bauer, 2003]. Несмотря на положительные тренды в снижении смертности, благодаря улучшению медицинской помощи уровень смертности мужчин в 1,8 раза выше, чем у женщин, вероятно, из-за вредных привычек и высокого артериального давления [Оганов, Фомина, 2004].

Актуальность инфаркта миокарда (ИМ) в экономическом контексте и с точки зрения нагрузки на систему здравоохранения можно рассмотреть через несколько ключевых аспектов:

1. Экономические потери.

 Прямые затраты на здравоохранение: лечение ИМ включает как стационарное, так и амбулаторное лечение, что приводит к высоким затратам на медицинские услуги, реабилитацию. Эти расходы ложатся бременем на государственные бюджеты, страховые компании и самих пациентов.

2. Нагрузка на систему здравоохранения.

Увеличение объемов медицинской помощи: с увеличением числа случаев ИМ происходит рост нагрузок на кардиологии и реанимационные отделения. Это ведет к необходимости увеличения количеств медицинских учреждений для оказания качественной медицинской помощи.

3. Система общественного здравоохранения.

Профилактика и ранняя диагностика: система здравоохранения должна активно развивать программы по профилактике и ранней диагностике ИМ, что требует дополнительных финансовых и организационных усилий. Это может включать образовательные программы для населения о факторах риска и необходимости регулярного медицинского наблюдения [NICE, 2020].

Поиск новых терапевтических стратегий при ИМ основывается на использовании животных моделей. Идеальная модель должна обеспечивать удобство операций, возможность генетической модификации, соответствовать стандартам для воспроизводимости. Однако главный недостаток большинства моделей – гибель кардиомиоцитов с последующим замещением нефункциональным рубцом.

Цельисследования: систематизация и обобщение знаний о текущем состоянии исследований регенерации миокарда и моделирования ишемического повреждения сердца с акцентом на Acomys cahirinus как перспективную модель.

Материалы и методы

Для подготовки обзорной статьи был проведен систематический поиск научных публикаций за период с 2019 по 2024 годы в международных и российских базах данных, включая PubMed, Web of Science, Scopus, Google Scholar и eLIBRARY. Выбор источников обусловлен их репрезентативностью и охватом как зарубежных, так и отечественных исследований. 

Стратегия поиска включала подбор ключевых слов с учетом терминологии на английском и русском языках. Поисковые запросы дополнительно фильтровались по дате, типу публикации (обзоры, оригинальные исследования) и языку (английский, русский).

Патогенез. Ишемический инфаркт миокарда (ИМ) развивается по патогенетической триаде, включающей разрыв атеросклеротической бляшки, тромбообразование и сужение сосудов. В условиях адекватного кровотока кардиомиоциты синтезируют АТФ путем окислительного фосфорилирования, при ишемии основным способом энергообеспечения клетки становится анаэробный гликолиз, который ведет к накоплению лактата и внутриклеточному ацидозу [Li et al., 2020]. Ацидоз оказывает непосредственное цитотоксическое действие, ведет к нарушению секвестрации ионов кальция, которые усиливают оксидантный стресс и активируют протеолитические ферменты.

Острая миокардиальная ишемия запускает экспрессию генов, связанных с программированной клеточной смертью. Активируется апоптоз через высвобождение цитохрома С, который запускает опосредованный каспазой внутренний апоптотический путь. Внешний путь апоптоза начинается с активации рецепторов смерти на поверхности клетки (например, рецептора фактора некроза опухоли 1 (TNFR1). В случае апоптоза оба пути приводят к ферментативной активации каспаз.

Некроз же запускается, когда каспаза-8 неактивна. Формируется некросомный комплекс из RIPK1 и RIPK3, активирующий MLKL, что приводит к пермеабилизации мембраны [Meng et al., 2023]. Эта регулируемая форма некроза преимущественно запускается в сильно воспаленных тканях при отсутствии активной каспазы 8, которая расщепляет ключевой некроптозный белок RIPK1 [Gardner et al., 2023].   

При острой ишемии миокарда гибель кардиомиоцитов высвобождает DAMPs, которые, связываясь с PRR на антиген презентирующих клетках (APC), запускают провоспалительный ответ. APC представляют антигены через MHC, а костимуляция (CD28/B7) активирует
Т-клетки, приводя к их пролиферации и разрушению клеток-мишеней, усугубляя повреждение ткани [Del Re et al., 2019].

Моделирование инфаркта миокарда на животных

Важность моделирования инфаркта миокарда на животных обусловлена необходимостью поиска оптимальных схем лечения заболевания с использованием новых подходов, включая фармакологическую и клеточную терапию.

Условия выбора объекта для биомоделирования:

1) удобство проведения операций на открытом сердце животного;

2) возможность использования геномодифицированных или селекционно выведенных линий животных с заданными особенностями моделируемого инфаркта;

3) возможность последующей стандартизации и сертификации на соответствие международным требованиям.

Модели инфаркта миокарда на животных in vivo:

Модели in vivo обеспечивают системный подход к пониманию процесса заболевания, который не может быть полностью воспроизведен с использованием моделей in vitro или не разрешен и/или невозможен в исследованиях на людях. За последнее десятилетие модели на животных все чаще используются в исследованиях ишемии миокарда из-за их многочисленных сходств с людьми.

Мелкие животные часто используются в качестве лабораторных животных для сердечно-сосудистых исследований из-за их небольшого размера, относительной дешевизны, простоты в обращении и обслуживании [Hui et al., 2025]. Однако отличие в анатомии коронарной артерии и проводящей системы от человека снижают их надежность [Meijler, 1985]. Крупные животные больше похожи на людей, они обладают схожей коронарной анатомией и физиологией, например, у свиньи метаболическая активность сердца и доминирующая правая коронарная сосудистая сеть подобна человеческой.

Модели на мелких животных:

Модель мыши рода Mus на сегодняшний день является наиболее частой используемой моделью для воспроизведения различных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Однако у некоторых из этих животных из-за меньшего сходства сердца с человеческим они не могут имитировать естественный патогенез человеческого ИМ. Более того, существуют различные методы индукции ИМ у животных; каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Модель хирургической перевязки: перевязка левой передней нисходящей (LAD) коронарной артерии является наиболее широко используемым хирургическим методом острого инфаркта миокарда. Инфаркт может быть вызван перевязкой различных областей коронарной артерии. Этот метод с небольшими модификациями теперь широко используется как у мелких [Sicklinger et al., 2020], так и у крупных животных.

Генетически модифицированные мыши, в отличие от мышей дикого типа, у которых индукция атеросклеротических поражений ограничена, обеспечивают воспроизводимость патологии, что способствует расшифровке молекулярных механизмов заболевания [Stürzebecher et al., 2022].

Модели крупных животных:

Модели с открытой грудной клеткой, несмотря на точный контроль места окклюзии и прямой визуальной оценки сократительной функции сердца, обладают рядом недостатков – техническая сложность, высокая инвазивность, артефакты гемодинамики ограниченная трансляционная ценность.

Преимущества моделей закрытой грудной клетки включают минимальные шансы травм и инфекций, высокую выживаемость животных, меньшую трудоемкость и невысокую стоимость, позволяют проводить более длительное наблюдение, а также лучшую выживаемость животных [Maden, Varholick, 2020; Martin et al., 2022], и они имитируют различные клинические состояния во время инфаркта миокарда [Lubberding et al., 2020]. В закрытой модели инфаркта миокарда коронарная окклюзия может быть произведена либо временно, либо постоянно с помощью введения и надувания баллона [Martínez-Falguera et al., 2021], развертывания катушки [Dib et al., 2006; Gavira et al., 2006], пенопластовой губки [Martínez-Falguera at al., 2021].

Acomyscahirinus как новая модель для изучения патологий сердца

Acomys cahirinus, также известная как каирская, колючая, африканская мышь, продемонстрировала удивительные способности к регенерации. Мыши рода Acomys демонстрируют сопоставимую с Mus структуру, функции и анатомию сердца, что упрощает интерпретацию результатов будущих экспериментов [Yang et al., 2022].

Янфей Ци и другие [Yanfei et al., 2021] провели моделирование инфаркта миокарда, сравнивая восстановление сердца у колючей мыши и обычных грызунов, путем перевязки левой передней нисходящей коронарной артерии (ЛПНА) на группе грызунов Acomyscahirinus и С10 аутбредных Mus.

Было выявлено, что только у группы Acomys наблюдается восстановление фракции выброса до 65 % спустя 4 недели, также через 4 недели размер инфаркта был значительно меньше (18 % от окружности ЛЖ), чем у CD1 мышей (76 %). При исследовании пролиферативного процесса обнаружилось, что в зоне инфаркта у Acomys наблюдалось значительное увеличение количества пролиферирующих клеток, маркированных BrdU и Ki67 и альфа актином, что указывает на вероятную пролиферацию кардиомиоцитов, у группы Mus таких клеток было в 2,5 раза меньше. В этой же группе каирской мыши наблюдалось меньшее отложение коллагена и меньшее формирование рубцовой ткани, наблюдалось образование функционально активной сердечной ткани. К подобным же результатам пришли Сусан Пенг и другие в свой работе [Peng et al., 2021].  При исследовании фенотипа кардиомиоцитов желудочков Сусан Пенг и другие выяснили, что африканская мышь обладает более молодым фенотипом – наблюдается преобладание моноядерных диплоидных кардиомиоцитов [Peng et al., 2021]. У колючих мышей наблюдается выраженный T-тип кальциевого тока (Ica, T), характерный для фетальных кардиомиоцитов, который отсутствует у Mus. Амплитуда цитозольных кальциевых кратковременных колебаний кальция при стимуляции выше и быстрее у мыши обыкновенной, что типично для зрелых клеток.

При изучении реакции на повреждение сердца у Acomys и двух штаммов Mus, используя модель инфаркта миокарда с постоянной перевязкой левой коронарной артерии, в обеих группах наблюдалось сопоставимое снижение функции сердца, что свидетельствует о схожей реакции на повреждение. МРТ-визуализация сердца показала сопоставимые повреждения и вовлечение дистальной передней стенки и верхушки через 48, 72 часа после инфаркта миокарда у разных видов. При дальнейшем исследовании через 50 дней после травмы наблюдали стабилизацию функции сердца и параметров ремоделирования у Acomys по сравнению с прогрессирующим ухудшением состояния, наблюдаемым у штаммов Mus, – образовавшийся рубец у Acomys оказался толще, обладал более высокой плотностью клеток, расположение волокон в центре рубца было более пористым и менее сжатым, чем у мышей обыкновенных. Кроме того, рубец у африканской мыши через 50 дней не увеличивался, что указывает на стабильность его структуры.

Образование кровеносных сосудов. После ишемического повреждения у Acomys плотность сосудов была повышена и распространялась на центр рубца, у колючей мыши же определялось и большее количество эндотелиальных пролиферирующих клеток в периинфарктной зоне и центре рубца, меньшая плотность сосудов [Annibali et al., 2022]. Наблюдали разрастание сети сосудов в рубцах Acomys возрастом 100 дней, сосуды были хорошо разветвленными и соединенными. В рубцах Mus, напротив, сосуды были меньше и выглядели более фрагментированными. Для оценки ангиогенеза и его состоятельности в группах мышей была проанализирована экспрессия белков IGFBP-2, MMP-8 и MMP-9 с помощью протеомного профилирования, также оценивался уровень пролиферации при помощи 5-этинил-2’-дезоксиуридина и последующей иммунофлуоресцентной визуализации. Сердца Acomys и Mus демонстрировали схожую динамику пролиферации с течением времени в области рубца, однако уровень ветвления и расширения капиллярной сети спустя сто дней оставался высоким лишь в группе Acomys.

Обнаружив, что Acomys cahirinus демонстрирует значительное восстановление сердечной функции после инфаркта за счет реваскуляризации и снижения фиброза, исследователи сфокусировались на клеточных основах этого феномена. Работа ученых раскрывает морфофункциональные особенности кардиомиоцитов колючей мыши, включая их пролиферативный потенциал и фетальные электрофизиологические свойства, которые могут объяснить уникальную регенеративную способность вида. Кардиомиоциты Acomys были меньше по размеру и чаще имели одно ядро по сравнению с Mus, у них также наблюдалась более низкая плотность T-тубул, чаще встречались диплоидные кардиомиоциты. Относительно небольшой размер клеток и более высокий процент одноядерных диплоидных клеток у Acomys указывают на «молодой» фенотип кардиомиоцитов. При исследовании кальциевых каналов было выяснено, что у Acomys имеется кратковременный кальциевый ток T-типа, который является характерным признаком молодых или эмбриональных кардиомиоцитов. У Mus этот ток практически отсутствовал. Более продолжительный кальциевый ток (I_Ca,L) наблюдается при более сильной деполяризации как в Mus, так и в Acomys, однако у Acomys они были меньше по амплитуде и медленнее по сравнению с Mus, что также указывает на менее зрелый фенотип. При β-адренергической стимуляции кардиомиоцитов изопротеренолом амплитуда CaT оставалась меньше и медленнее, скорость нарастания напряжения до и после введения препарата также не сильно отличалась, что еще раз свидетельствует о более незрелом фенотипе желудочков данного вида мышей [Yang et al., 2022]. 

Установив, что фетальные характеристики кардиомиоцитов Acomys cahirinus коррелируют с их пролиферативной активностью и устойчивостью к фиброзу, исследователи перешли к оценке клинически значимых исходов. Мэден М. и Вархолик Дж.А. [Maden, Varholick, 2020] в своей работе рассматривают долгосрочные эффекты ишемического повреждения миокарда. Ученые сравнили реакцию на ишемическое повреждение после перевязки левой передней нисходящей (ЛПН) коронарной артерии (что приводит к инфаркту миокарда (ИМ)) у Mus musculus и Acomys cahirinus, у которых анатомия коронарных артерий во многом схожа. Оценку функций сердца проводили с помощью двумерной трансторакальной эхокардиографии, электрокардиографии для оценки показателей проводимости сердца, гистологического исследования.  В результате исследования по прошествии ста дней после моделирования инфаркта миокарда было выяснено, что выживаемость африканской мыши после лигирования передней нисходящей коронарной артерии выше – все особи остались в живых, в то время как смертность среди Mus musculus составила 37,5 %, что характерно для стандартных моделей инфаркта у млекопитающих. У Acomys рубец стабилизируется к сотому дню, тогда как у Mus продолжает расти из-за компенсаторной гипертрофии, более того, при визуализации на поперечных срезах рубец колючей мыши компактный и локализован. К тому же у Acomys сердце частично восстанавливает функцию – фракция выброса (ФВ) с 39,9 % на 4 день возросла до 47,0 % на сотый день у африканской мыши, а у мышей рода Mus ФВ падает с 32,1 % до 21,5 % [Deng et al., 2025].

Для подтверждения вышеописанных результатов были измерены функциональные параметры сердца с помощью модели реперфузионного повреждения, при которой временно перевязывалась ЛКА на 1 час, после чего артериальный кровоток восстанавливали. В итоге наблюдался гораздо более мягкий фенотип, хотя данные эхокардиографии и ЭКГ показали схожие различия между Acomys и Mus, как и в случае с моделью инфаркта миокарда. В совокупности результаты показывают, что Acomys демонстрирует значительную устойчивость к ишемии сердца и частичное восстановление его функций.

Проанализировав механизмы восстановления кожи, скелетных мышц, кожи, сердца  у колючей мыши,  Мэден М. и Вархолик Дж.А. сформулировали гипотезы, объясняющие механизмы регенерации тканей у африканской мыши [Maden, Varholick, 2020].  Одна из гипотез регенерации тканей у Acomys связана с особенностями реагирования иммунной системы. Долгое время считалось, что иммунная система играет роль в регенерации, а незрелая система коррелирует с регенеративной способностью низших позвоночных и способностью кожи к регенерации у плодов млекопитающих [Yin et al., 2020]. У колючей мыши наблюдается сниженный воспалительный ответ и увеличение количества M2-макрофагов, которые способствуют восстановлению тканей, а также уменьшение M1-макрофагов, ответственных за воспаление и фиброз, что способствует регенерации. У обычных мышей при повреждении кожи активируются гены, отвечающие за выработку провоспалительных цитокинов (IL6, CCL2, CXCL1), что вызывает активное воспаление и образование рубцов. Пониженный уровень цитокинов и пониженный уровень реакции макрофагов могут быть причиной того, что у Acomys регенерация преобладает над рубцеванием, в отличие от Mus. Если это так, то подавление воспалительной реакции у Mus или удаление цитокинов можно использовать в качестве стратегий для улучшения регенеративной реакции, и действительно, есть несколько хороших примеров этого [Haub et al., 2019]. 

Следующая гипотеза связана со строением межклеточного матрикса, а именно с появлением прорегенеративного матрикса, который создает среду, способствующую восстановлению тканей с сохранением ее функциональности. Исследователи полагают, что он содержит в себе факторы роста, а также обладает биомеханическими свойствами, которые способствуют более «мягкому» иммунному ответу. Существует взаимосвязь между механическими воздействиями на рану и индукцией цитокинов – уменьшение механических усилий, воздействующих на раны, уменьшает образование рубцов и, наоборот, увеличение механических усилий увеличивает образование рубцов [Chen et al., 2022]. Механические воздействия передаются клеткам через интегрины на клеточной поверхности, далее распространяются на актиновый цитосклелет через киназу фокальной адгезии. Увеличение механических сил на рану активирует киназу фокальной адгезии, что, в свою очередь, усиливает воспалительную реакцию и образование рубцов. У Acomys благодаря менее прочному внеклеточному матриксу механические силы на рану меньше, что снижает активацию киназу фокальной адгезии и, как следствие, уменьшает воспаление и рубцевание. Киназы фокальной адгезии также модулируют цитокиновую и иммунную сигнализации – увеличивают выработку провоспалительных молекул, таких как MCP-1 (макрофагальный хемотаксический белок), которые привлекают макрофаги и усиливают воспаление.

Взрослые колючие мыши (Acomys) демонстрируют уникальную способность в ответ на инфаркт запускать процессы репарации и восстановления сократительной функции левого желудочка, микрососудистого русла, уменьшение рубцевания и увеличение пролиферативной активности клеток. Уменьшение размера инфаркта и отсутствие обширного фиброза у Acomys свидетельствует о том, что у этих мышей поврежденная ткань заменяется функциональной сердечной тканью, а не рубцовой. Это контрастирует с обычными мышами, у которых поврежденная ткань замещается фиброзной, что приводит к снижению функции сердца. Мягкий иммунный ответ на повреждения и преобладание противовоспалительных макрофагов способствуют функциональной регенерации тканей у Acomys, что может послужить основой для разработки новых подходов к лечению повреждений тканей с полным восстановлением функций тканей. Данные об особенностях межклеточного матрикса открывают еще один путь для создания искусственных матриксов для стимуляции регенерации в тканях человека после ишемии или других видов повреждений.

Заключение

Проведенный анализ показывает, что взрослая особь Acomys представляет собой новую модель млекопитающего для дальнейшего изучения кардиопротекторных и регенеративных сигнальных механизмов у взрослых млекопитающих. Их способность к восстановлению сердечной ткани без образования фиброзных рубцов открывает возможности для разработки новых методов лечения инфаркта миокарда, направленных на восстановление функциональности поврежденной сердечной ткани, так как Acomys демонстрируют способность к восстановлению сердечной функции: наблюдается полноценная реваскуляризация поврежденных участков, уменьшение зоны инфаркта и отсутствие обширного фиброза в отличие от других моделей. Сохранение функциональности сердечной ткани делает Acomys идеальной моделью для изучения механизмов регенерации сердца и поиска способов стимулирования аналогичных процессов у человека. А такие особенности, как более «молодой» фенотип кардиомиоцитов, сниженный воспалительный ответ и преобладание противовоспалительных макрофагов, могут быть ключом к разработке новых терапевтических подходов, направленных на подавление фиброза и стимулирование регенерации у пациентов с сердечной недостаточностью.