Секвенирование РНК легочной ткани на фоне легочной артериальной гипертензии выявило нарушения в бронхиальном эпителии в экспериментальной модели на крысах

Актуальность. Легочная артериальная гипертензия (ЛАГ) — опасное для жизни заболевание, характеризующееся выраженным ремоделированием сосудистой стенки, нарушением ангиогенеза и асептическим воспалением ветвей легочной артерии. Все эти изменения приводят к правожелудочковой сердечной недостаточности, являющейся причиной смерти у пациентов с ЛАГ. Считается, что основной причиной нарушения дыхательных функций, возникающих при легочной гипертензии, являются сосудистые повреждения и недостаточность правого желудочка (ПЖ), тогда как изменения, происходящие в дыхательных путях, остаются вне поля зрения. Цель работы — исследовать изменения экспрессии генов в тканях легкого крыс с ЛАГ, вызванной введением монокроталина. Материалы и методы. В эксперименте было использовано 12 крыс-самцов стока Wistar. Для моделирования ЛАГ животным подкожно вводился раствор монокроталина (Sigma-Aldrich, США) в дозировке 60 мг/кг. Через 6 недель после введения монокроталина выполнялись исследования: катетеризация правого желудочка (ПЖ), гистологическое исследование бронхов и легочных артерий, генетический анализ. Результаты. Было обнаружено 298 дифференциально экспрессирующихся генов (ДЭГ), включая 107 с повышенной и 191 с пониженной экспрессией генов. Установлено, что наиболее выраженная дисрегуляция биологических процессов в кластере с повышенной экспрессией ДЭГ была ассоциирована с фагоцитозом, регуляцией иммунного ответа и клеточным ответом на липопротеины. В кластере с пониженной экспрессией ДЭГ были преимущественно представлены процессы, связанные с ресничками, их движением и сборкой, что указывает на связь с реснитчатым эпителием бронхов. Для подтверждения этого было выполнено гистологическое исследование бронхов. Полученные результаты демонстрируют значительные изменения морфологии бронхов диаметром от 100 до 1000 мкм: отмечалось значимое увеличение индекса толщины бронхиальной стенки (ЛАГ — 46,0 [38,8; 54,1] %, здоровые животные (Натив.) — 29,7 [24,8; 36,0] %, p ˂ 0,001), высоты бронхиального эпителия (ЛАГ — 12,5 [11,0; 14,6] мкм, Натив. — 8,0 [7,2; 9,6] мкм, p ˂ 0,001), а также количества эпителиоцитов на 50 мкм анализируемой стенки бронха (ЛАГ — 11,5 [10,7; 13,2], Натив. — 8,2 [7,7; 9,0], p ˂ 0,001). Заключение. Таким образом, транскрипционное профилирование указало на процессы ремоделирования не только сосудов легких, но и нижних дыхательных путей, что было подтверждено гистологическим исследованием.

1. Humbert M, Kovacs G, Hoeper MM, Badagliacca R, Berger RMF, Brida M, et al. 2022 ESC/ERS Guidelines for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension. Eur Heart J. 2022;43(38):3618–731. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehac237

2. Hoeper MM, Humbert M, Souza R, Idrees M, Kawut SM, Sliwa-Hahnle K, et al. A global view of pulmonary hypertension. Lancet Respir Med. 2016;4(4):306–22. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(15)00543-3

3. Farber HW, Miller DP, Poms AD, Badesch DB, Frost AE, Rouzic EML, et al. Five-year outcomes of patients enrolled in the REVEAL Registry. Chest. 2015;148(4):1043–54. https://doi.org/10.1378/chest.15–0300

4. Rahaghi FN, Trieu M, Shaikh F, Abtin F, Diaz AA, Liang LL, et al. Evolution of obstructive lung function in advanced pulmonary arterial hypertension. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(12):1478–81. https://doi.org/10.1164/rccm.202105-1169LE

5. Jing ZC, Xu XQ, Badesch DB, Jiang X, Wu Y, Liu JM, et al. Pulmonary function testing in patients with pulmonary arterial hypertension. Respir Med. 2009;103(8):1136–42. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2009.03.009

6. Lee MH, Graham BB, Bull TM. Double trouble: airflow and pulmonary vascular obstruction. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(12):1365–7. https://doi.org/10.1164/rccm.202109-2153ED

7. Gorr MW, Sriram K, Muthusamy A, Insel PA. Transcriptomic analysis of pulmonary artery smooth muscle cells identifies new potential therapeutic targets for idiopathic pulmonary arterial hypertension. Br J Pharmacol. 2020;177(15):3505–18. https://doi.org/10.1111/bph.15074

8. Zhang L, Chen S, Zeng X, Lin D, Li Y, Gui L, et al. Revealing the pathogenic changes of PAH based on multiomics characteristics. J Transl Med. 2019;17(1):231. https://doi.org/10.1186/s12967-019-1981-5

9. Luo A, Hao R, Zhou X, Jia Y, Bao C, Yang L, et al. Transcriptomic profiling highlights cell proliferation in the progression of experimental pulmonary hypertension in rats. Sci Rep. 2024;14(1):14056. https://doi.org/10.1038/s41598-024-64251-w

10. Xiao G, Wang T, Zhuang W, Ye C, Luo L, Wang H, et al. RNA sequencing analysis of monocrotaline-i nduced PAH reveals dysregulated chemokine and neuroactive ligand receptor pathways. Aging. 2020;12(6):4953–69. https://doi.org/10.18632/aging.102922

11. Kanehisa M. KEGG: Kyoto encyclopedia of genes and genomes. Nucleic Acids Res. 2000;28(1):27–30. https://doi.org/10.1093/nar/28.1.27

12. Harris MA, Clark J, Ireland A, Lomax J, Ashburner M, Foulger R, et al. Gene Ontology Consortium. The Gene Ontology (GO) database and informatics resource. Nucleic Acids Res. 2004;32(90001):258D-261. https://doi.org/10.1093/nar/gkh036

13. Kitagawa MG, Reynolds JO, Wehrens XHT, Bryan RM, Pandit LM. Hemodynamic and pathologic characterization of the TASK-1–/– mouse does not demonstrate pulmonary hypertension. Front Med. 2017;4:177. https://doi.org/10.3389/fmed.2017.00177

14. Karpov AA, Vachrushev NS, Shilenko LA, Smirnov SS, Bunenkov NS, Butskih MG, et al. Sympathetic denervation and pharmacological stimulation of parasympathetic nervous system prevent pulmonary vascular bed remodeling in rat model of chronic thromboembolic pulmonary hypertension. J Cardiovasc Dev Dis. 2023;10(2):40. https://doi.org/10.3390/jcdd10020040

15. Karpov AA, Anikin NA, Mihailova AM, Smirnov SS, Vaulina DD, Shilenko LA, et al. Model of chronic thromboembolic pulmonary hypertension in rats caused by repeated intravenous administration of partially biodegradable sodium alginate microspheres. Int J Mol Sci. 2021;22(3):1149. https://doi.org/10.3390/ijms22031149

16. Mathew R, Huang J, Iacobas S, Iacobas DA. Pulmonary hypertension remodels the genomic fabrics of major functional pathways. Genes. 2020;11(2):126. https://doi.org/10.3390/genes11020126

17. Chen Y, Ouyang T, Yin Y, Fang C, Tang C, Jiang L, et al. Identification of immune-related hub genes and analysis of infiltrated immune cells of idiopathic pulmonary artery hypertension. Front Cardiovasc Med. 2023;10:1125063. https://doi.org/10.3389/fcvm.2023.1125063

18. Zhuang W, Lian G, Huang B, Du A, Xiao G, Gong J, et al. Pulmonary arterial hypertension induced by a novel method: twice-intraperitoneal injection of monocrotaline. Exp Biol Med. 2018;243(12):995–1003. https://doi.org/10.1177/1535370218794128

19. Zhang MQ, Wang CC, Pang XB, Shi JZ, Li HR, Xie XM, et al. Role of macrophages in pulmonary arterial hypertension. Front Immunol. 2023;14:1152881. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1152881

20. Hurst LA, Dunmore BJ, Long L, Crosby A, Al-L amki R, Deighton J, et al. TNFα drives pulmonary arterial hypertension by suppressing the BMP type-II receptor and altering NOTCH signalling. Nat Commun. 2017;8(1):14079. https://doi.org/10.1038/ncomms14079

21. Fujita M, Shannon JM, Irvin CG, Fagan KA, Cool C, Augustin A, et al. Overexpression of tumor necrosis factor-α produces an increase in lung volumes and pulmonary hypertension. Am J Physiol-Lung Cell Mol Physiol. 2001;280(1): L39–49. https://doi.org/10.1152/ajplung.2001.280.1.L39

22. Jin HF, Du SX, Zhao X, Wei HL, Wang YF, Liang YF, et al. Effects of endogenous sulfur dioxide on monocrotaline-induced pulmonary hypertension in rats. Acta Pharmacol Sin. 2008;29(10):1157–66. https://doi.org/10.1111/j.1745-7254.2008.00864.x

23. Yan CC, Huxtable RJ. Effects of monocrotaline, a pyrrolizidine alkaloid, on glutathione metabolism in the rat. Biochem Pharmacol. 1996;51(3):375–9. https://doi.org/10.1016/0006-2952(95)02189-2

24. Jain R, Pan J, Driscoll JA, Wisner JW, Huang T, Gunsten SP, et al. Temporal relationship between primary and motile ciliogenesis in airway epithelial cells. Am J Respir Cell Mol Biol. 2010;43(6):731–9. https://doi.org/10.1165/rcmb.2009-0328OC

25. Low AT, Medford ARL, Millar AB, Tulloh RMR. Lung function in pulmonary hypertension. Respir Med. 2015;109(10): 1244–9. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2015.05.022