Иммуногистохимический анализ экспрессии матриксной металлопротеиназы-9 и тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ-1 в миокарде крыс в раннем постнатальном периоде при моделировании преждевременного рождения

Преждевременное рождение сокращает продолжительность пренатального периода развития организма и нарушает закономерный морфогенез органов плода. Изучение тканевых и клеточных реакций в миокарде преждевременно рожденных детей невозможно из-за инвазивности процедуры, поэтому востребованными являются экспериментальные исследования. Цель исследования – провести иммуногистохимический анализ матриксной металлопротеиназы-9 (ММП-9) и тканевого ингибитора матриксной металлопротеиназы-1 (ТИМП-1) в миокарде левого желудочка преждевременно рожденных крыс с 1-х по 14-е сут постнатального периода. Материал и методы. Объектами исследования были сердца доношенных (n=15) и преждевременно рожденных (n=15) крыс-самцов Вистар. Сердца фиксировали в забуференном (рН 7,4) 10% растворе формалина. Материал заключали в парафин. Иммуногистохимическим непрямым пероксидазным методом с помощью антител на срезах выявляли ММП-9 и ТИМП-1. Интенсивность иммуногистохимической реакции оценивали полуколичественно (в баллах). Полученные данные обрабатывались методами непараметрической статистики. Результаты. Не обнаружено различий в локализации ММП-9- и ТИМП-1-позитивного окрашивания в миокарде преждевременно рожденных и доношенных животных. У преждевременно рожденных крыс на 7-е сут постнатального периода интенсивность окрашивания как на ММП-9, так и на ТИМП-1 снижена. На 14-е сут постнатального периода в миокарде у преждевременно рожденных крыс наблюдается повышение интенсивности иммуногистохимической реакции на ММП-9 на фоне реакции на ТИМП-1 низкой интенсивности. Заключение. Результаты исследования указывают на возможное усиление эффектов ММП-9 в миокарде преждевременно рожденных животных на 14-е сут постнатального периода. Дисбаланс ММП-9 и ТИМП-1 может вносить вклад в ремоделирование миокарда левого желудочка у преждевременно рожденных животных.

1. Иванова В.В., Мильто И.В., Серебрякова О.Н., Суходоло И.В. Выявление матриксных металлопротеиназ в сердце преждевременно рожденных крыс. Известия РАН. Серия биологическая. 2022;6:642–8.

2. Цорин И.Б. Статистическая обработка результатов фармакологических экспериментов, измеренных в порядковых и количественных шкалах, при невозможности анализа с помощью параметрических методов. Фармакокинетика и Фармакодинамика. 2020;(3):3-24.

3. Bellafiore M, Battaglia G, Bianco A, Farina F, Palma A, Paoli A. The involvement of MMP-2 and MMP-9 in heart exercise-related angiogenesis. Journal of Translational Medicine. 2013;11(1):283. doi: 10.1186/1479-5876-11-283

4. Benny M, Hernandez D, Sharma M, Yousefi K, Shathiyah Kulandavelu, Sunil Batlahally, et al. Neonatal hyperoxia exposure induces aortic biomechanical alterations and cardiac dysfunction in juvenile rats. Physiological Reports. 2020 Jan 1;8(1):e14334. doi: 10.14814/phy2.14334

5. Bertagnolli M, Huyard F, Cloutier A, Anstey Z, Huot-Marchand JÉ, Fallaha C, et al. Transient Neonatal High Oxygen Exposure Leads to Early Adult Cardiac Dysfunction, Remodeling, and Activation of the Renin–Angiotensin System. Hypertension. 2014 Jan;63(1):143–50. doi: 10.1161/HYPERTENSIONAHA.113.01760

6. Bigg HF, Rowan AD, Barker MD, Cawston TE. Activity of matrix metalloproteinase-9 against native collagen types I and III. The FEBS Journal. 2007 Feb 2;274(5):1246–55. doi: 10.1111/j.1742-4658.2007.05669.x

7. Cabral-Pacheco GA, Garza-Veloz I, Castruita-De la Rosa C, Ramirez-Acuña JM, Perez-Romero BA, Guerrero-Rodriguez JF, et al. The Roles of Matrix Metalloproteinases and Their Inhibitors in Human Diseases. International Journal of Molecular Sciences. 2020 Dec 20;21(24):9739. doi: 10.3390/ijms21249739

8. Cadepond F, Ulmann A, Baulieu EE. RU486 (mifepristone): mechanisms of action and clinical uses. Annu Rev Med. 1997;48:129–56. doi: 10.1146/annurev.med.48.1.129

9. Choi SH, Cho YS, Kim MJ, Lee CH, Seong Hwan-Hoo, Baek Soon Hwa, et al. Studies on the induction of pregnancy and the number of fetuses during pregnancy in rats. Journal of animal reproduction & biotechnology. 2020 Sep 30;35(3):232–8. doi: 10.12750/JARB.35.3.232

10. Crump C, Howell EA, Stroustrup A, McLaughlin MA, Sundquist J, Sundquist K. Association of Preterm Birth With Risk of Ischemic Heart Disease in Adulthood. JAMA Pediatrics. 2019 Aug 1;173(8):736–43. doi: 10.1001/jamapediatrics.2019.1327

11. Elhewala AA, Sanad M, Soliman AM, Sami MM, Ahmed AA. Matrix metalloproteinase-9 in pediatric rheumatic heart disease with and without heart failure. Biomed Rep. 2021 Jan;14(1):4. doi: 10.3892/br.2020.1380

12. Hamano YH, Zeisberg M, Sugimoto H, Lively JC, Yohei Maeshima, Yang C, et al. Physiological levels of tumstatin, a fragment of collagen IV α3 chain, are generated by MMP-9 proteolysis and suppress angiogenesis via αVβ3integrin. Cancer Cell. 2003 Jun 1;3(6):589–601.

13. Heikkilä K, Pulakka A, Metsälä J, Alenius S, Hovi P, Gissler M, et al. Preterm birth and the risk of chronic disease multimorbidity in adolescence and early adulthood: A population-based cohort study. Jacobsen R, editor. PLOS ONE. 2021 Dec 31;16(12):e0261952.

14. Ishikawa J, Hirose H, Ishikawa S. Tissue Inhibitor of Matrix Metalloproteinase 1 Increases With Ageing and Can Be Associated With Stroke - Nested Case-Control Study –. Circulation Reports. 2019 Nov 8;1(11):502–7. doi: 10.1253/circrep.CR-19-0084

15. Iyer RP, de Castro Brás LE, Jin YF, Lindsey ML. Translating Koch's postulates to identify matrix metalloproteinase roles in postmyocardial infarction remodeling: cardiac metalloproteinase actions (CarMA) postulates. Circ Res. 2014 Feb 28;114(5):860–71. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.114.301673

16. Kumar VHS. Cardiovascular morbidities in adults born preterm: getting to the heart of the matter! Children (Basel). 2022;9(12):1843. doi: 10.3390/children9121843

17. Lê B, Dahl MJ, Albertine KH, Sutherland MR, Black MJ. Preterm Birth With Neonatal Interventions Accelerates Collagen Deposition in the Left Ventricle of Lambs Without Affecting Cardiomyocyte Development. CJC Open. 2021 May;3(5):574 – doi: 10.1016/j.cjco.2020.12.017

18. Liu Y, Zhang H, Yan L, Du W, Zhang M, Chen H, et al. MMP-2 and MMP-9 contribute to the angiogenic effect produced by hypoxia/15-HETE in pulmonary endothelial cells. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2018 Aug 1;121:36–50. doi: 10.1016/j.yjmcc.2018.06.006

19. Ma Y, Iyer RP, Jung M, Czubryt MP, Lindsey ML. Cardiac Fibroblast Activation Post-Myocardial Infarction: Current Knowledge Gaps. Trends in Pharmacological Sciences. 2017 May;38(5):448 – doi: 10.1016/j.tips.2017.03.001

20. Mohlkert L, Hallberg J, Broberg O, Rydberg A, Halvorsen CP, Liuba P, et al. The Preterm Heart in Childhood: Left Ventricular Structure, Geometry, and Function Assessed by Echocardiography in 6-Year-Old Survivors of Periviable Births. Journal of the American Heart Association. 2018 Jan 23;7(2).

21. Morishita T, Uzui H, Mitsuke Y, Amaya N, Kaseno K, Ishida K, et al. Association between matrix metalloproteinase-9 and worsening heart failure events in patients with chronic heart failure. ESC Heart Failure. 2017 Feb 10;4(3):321–30. doi: 10.1002/ehf2.12137

22. Nandi SS, Katsurada K, Sharma NM, Anderson DR, Mahata SK, Patel KP. MMP9 inhibition increases autophagic flux in chronic heart failure. American Journal of Physiology Heart and Circulatory Physiology. 2020 Dec 1;319(6):H1414–37. doi: 10.1152/ajpheart.00032.2020

23. Nobile S, Di Sipio Morgia C, Vento G. Perinatal Origins of Adult Disease and Opportunities for Health Promotion: A Narrative Review. Journal of Personalized Medicine. 2022 Jan 25;12(2):157. doi: 10.3390/jpm12020157

24. Pang C, Wu X, Ren L, Wang X, Hong L. Changes and significance of serum Copeptin and MMP-9 in children with chronic heart failure. Journal of Clinical Pediatrics. 2018;2:432–7.

25. Saadat S, Noureddini M, Mahjoubin-Tehran M, Nazemi S, Shojaie L, Aschner M, et al. Pivotal Role of TGF-β/Smad Signaling in Cardiac Fibrosis: Non-coding RNAs as Effectual Players. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 2021 Jan 25;7:588347. doi: 10.3389/fcvm.2020.588347

26. Schuermans A, Lewandowski AJ. Understanding the preterm human heart: What do we know so far? The Anatomical Record. 2022 Feb 9;305(9):2099–112. doi: 10.1002/ar.24875

27. Schulz CG, Sawicki G, Lemke RP, Roeten BM, Schulz R, Cheung PY. MMP-2 and MMP-9 and Their Tissue Inhibitors in the Plasma of Preterm and Term Neonates. Pediatric research. 2004 May 1;55(5):794–801. doi: 10.1203/01.PDR.0000120683.68630.FB

28. Sissman NJ. Developmental landmarks in cardiac morphogenesis: Comparative chronology. The American Journal of Cardiology. 1970 Feb;25(2):141–8. doi: 10.1016/0002-9149(70)90575-8

29. Strilakou A, Perelas A, Lazaris A, Papavdi A, Karkalousos P, Giannopoulou I, et al. Immunohistochemical determination of the extracellular matrix modulation in a rat model of choline-deprived myocardium: the effects of carnitine. Fundamental & clinical pharmacology. 2015 Dec 8;30(1):47 – doi: 10.1111/fcp.12163

30. Tan CMJ, Lewandowski AJ. The transitional heart: From early embryonic and fetal development to neonatal life. Fetal Diagnosis and Therapy. 2019 Sep 18;47(5):1–14. doi: 10.1159/000501906

31. Telles F, McNamara N, Nanayakkara S, Doyle MP, Williams M, Yaeger L, et al. Changes in the Preterm Heart From Birth to Young Adulthood: A Meta-analysis. Pediatrics. 2020 Aug 1;146(2):e20200146. doi: 10.1542/peds.2020-0146

32. Wang Y, Xu F, Chen JM, Shen X, Deng Y, Xu L, et al. Matrix metalloproteinase-9 induces cardiac fibroblast migration, collagen and cytokine secretion: Inhibition by salvianolic acid B from Salvia miltiorrhiza. Phytomedicine. 2011 Dec 1;19(1):13 – doi: 10.1016/j.phymed.2011.06.024

33. Yadav SK, Kambis TN, Kar S, Park SY, Mishra PK. MMP9 mediates acute hyperglycemia-induced human cardiac stem cell death by upregulating apoptosis and pyroptosis in vitro. Cell Death & Disease. 2020 Mar;11(3):186. doi: 10.1038/s41419-020-2367-6

34. Yan Y, Jiang L, Li M, Zhang H, Shen Y, Zhang W, et al. Levels of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 are related to cardiopulmonary injury in fetal inflammatory response syndrome. Clinics. 2020 Jan 1;75:e2049. doi: 10.6061/clinics/2020/e2049

35. Yu Q, Stamenkovic I. Cell surface-localized matrix metalloproteinase-9 proteolytically activates TGF-beta and promotes tumor invasion and angiogenesis. PubMed. 2000 Jan 15;14(2):163–76.