Макрофаг — столп регенерации

Глубокие обширные раны заживают у млекопитающих долго и тяжело, причем поврежденные ткани никогда не восстанавливаются полностью. На месте мышц и кожи образуются коллагеновые рубцы, остаются шрамы. О том, чтобы вместо отрубленного пальца вырос новый, и речи нет. Между тем аксолотль (Ambystoma mexicanum, способная к размножению личинка амбистомы, близкого родственника настоящих саламандр) легко восстанавливает утраченные конечности. Естественно, этот феномен привлекает внимание ученых: нам бы так!

Заживление раны — сложный и многоступенчатый процесс, в котором участвует множество генов и биологически активных молекул, в том числе факторов роста, ферментов, про- и противовоспалительных сигналов, цитокинов, привлекающих в рану фибробласты и клетки иммунной системы. Все эти факторы и у млекопитающих, и у аксолотля примерно одинаковы. Основное отличие между ними заключается в том, когда они начинают действовать. Так, у аксолотля макрофаги прибывают в рану существенно раньше, чем у млекопитающих. Специалисты Австралийского института регенеративной медицины Университета Монаша и Имперского колледжа Лондона под руководством профессора Нади Розенталь (Nadia A. Rosenthal) установили, что именно благодаря раннему участию макрофагов у аксолотля на месте отрезанной лапки образуется не культя, а новая конечность.

У млекопитающих количество макрофагов в поврежденной ткани возрастает спустя 48-96 часов после травмы. Макрофаги вычищают рану, поедая мертвые клетки, выделяют провоспалительные цитокины (воспаление — необходимый этап заживления), а затем и факторы, которые подавляют воспаление, стимулируют образование сосудов и деление клеток, привлекают в рану фибробласты. Именно они создают среду, благоприятную для восстановления поврежденных тканей. Если у мышей с поврежденными скелетными мышцами создать искусственный дефицит макрофагов, мышечная ткань восстановится плохо, зато в большом количестве образуются фиброзные рубцы.

В ране аксолотля макрофаги появляются в первые же сутки после ампутации лапки, достигают пика численности на 4-6-й дни и пребывают в поврежденных тканях и регенерирующей конечности недели две, до завершения ранней стадии регенерации.

Макрофаги в живом организме можно эффективно связать, вводя в вену упакованный в липосомы препарат клодронат. Этот реагент специфически связывает циркулирующие в крови моноциты и находящиеся в тканях макрофаги. Исследователи сделали аксолотлям инъекцию клодроната за сутки до ампутации (контрольным животным вводили липосомы с буфером), в результате первые шесть дней регенерации проходили при остром дефиците макрофагов и нехватке ростовых факторов и других молекул, необходимых для полноценного заживления ран и регенерации конечностей. Спустя неделю количество макрофагов пришло в норму, но конечность все равно выросла куцая.

Если сделать аксолотлю не одну инъекцию, а три, количество макрофагов в ране упадет практически до нуля. В этом случае регенерация конечности заблокирована полностью: рана затягивается, но вместо лапы образуется покрытая шрамами фиброзная культя, как у млекопитающих.

Чтобы выяснить роль макрофагов на поздней стадии регенерации, исследователи вводили аксолотлям клодронат на 10-13-й день после ампутации, когда уже образовалась бластема — скопление однородных неспециализированных клеток, которые формируют ткани отрастающего органа. Толстых волокон коллагена, вызывающих фиброз, бластема не содержит. Оказалось, что отсутствие макрофагов на поздней стадии замедляет регенерацию, но не блокирует ее. Очевидно, самые главные события, определяющие выбор между регенерацией и образованием фиброзной ткани, происходят в начале формирования бластемы.

В случае неудачной регенерации программу можно реактивировать, были бы макрофаги. Ученые вторично ампутировали аксолотлю культю, которая не превратилась в конечность. В этот раз регенерации ничто не препятствовало, макрофаги наличествовали в должном количестве, и аксолотль отрастил нормальную лапу. Восстановление возможно даже на 150-й день после первой ампутации.

Исследователи подчеркивают, что для регенерации конечностей необходимо на самой ранней стадии создать микросреду, благоприятную для восстановления органа. Эту среду создают макрофаги. Исследователи надеются, что, определив роль всех молекул, выделяемых макрофагами, они смогут найти средство, которое поможет предотвратить образование рубцов и поспособствует регенерации тканей млекопитающих.

J. W. Godwin, A. R. Pinto, and N. A. Rosenthal «Macrophages are required for adult salamander limb regeneration», PNAS 2013, 110 (23), 9415-9420, doi: 10.1073/pnas.1300290110