Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Дергилев К.В.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Долгодворова А.А.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Гольцева Ю.Д.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Парфенова Е.В.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Иглистые мыши (Acomys) — новая перспективная модель для изучения механизмов регенеративных процессов в сердце и разработки регенеративных технологий

Авторы:

Дергилев К.В., Долгодворова А.А., Гольцева Ю.Д., Парфенова Е.В.

Подробнее об авторах

Журнал: Кардиологический вестник. 2025;20(4): 10‑17

Прочитано: 67 раз


Как цитировать:

Дергилев К.В., Долгодворова А.А., Гольцева Ю.Д., Парфенова Е.В. Иглистые мыши (Acomys) — новая перспективная модель для изучения механизмов регенеративных процессов в сердце и разработки регенеративных технологий. Кардиологический вестник. 2025;20(4):10‑17.
Dergilev KV, Dolgodvorova AA, Goltseva YuD, Parfyonova YeV. Spiny mice (Acomys): a novel and perspective model for research of heart regeneration and development of regenerative technologies. Russian Cardiology Bulletin. 2025;20(4):10‑17. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/Cardiobulletin20252004110

Рекомендуем статьи по данной теме:
Гиб­рид­ное ра­не­вое пок­ры­тие в ре­аби­ли­та­ции тя­же­лых тер­ми­чес­ких ожо­гов. (Эк­спе­ри­мен­таль­ное ис­сле­до­ва­ние). Воп­ро­сы ку­рор­то­ло­гии, фи­зи­оте­ра­пии и ле­чеб­ной фи­зи­чес­кой куль­ту­ры. 2024;(6-2):40-49
Раз­ра­бот­ка прог­рам­мно­го обес­пе­че­ния на ос­но­ве ис­кусствен­но­го ин­тел­лек­та для циф­ро­вой оцен­ки ре­па­ра­тив­ной ре­ге­не­ра­ции кос­тной тка­ни. Вос­ста­но­ви­тель­ные би­отех­но­ло­гии, про­фи­лак­ти­чес­кая, циф­ро­вая и пре­дик­тив­ная ме­ди­ци­на. 2025;(1):19-24
Оцен­ка обо­ня­ния при ос­тром си­ну­си­те. Рос­сий­ская ри­но­ло­гия. 2025;(1):6-11

Введение

Процессы репаративной регенерации сердца, хорошо выраженные у низших позвоночных (рыб, тритонов, саламандр), крайне слабо представлены в сердце млекопитающих. Это не позволяет ему восстанавливаться при обширных повреждениях и лежит в основе многих кардиологических заболеваний, вносящих существенный вклад в структуру смертности развитых стран. В течение 100 лет в биологии и медицине господствовала парадигма, основанная на представлении о том, что сердце является постмитотическим органом, не способным к регенерации, в котором кардиомиоциты, погибшие в результате повреждения или заболевания, замещаются неспособной к сокращениям фиброзной тканью, а компенсаторные процессы реализуются исключительно за счет гипертрофии сохраненных кардиомиоцитов.

Исследования последних двух десятилетий показали, что сердце взрослых млекопитающих, включая человека, имеет регенеративный потенциал, хотя и крайне ограниченный [1]. Кардиомиоциты в сердце человека обновляются в течение жизни, но с очень низкой скоростью, которая составляет 1—2% в год у двадцатилетних и 0,5% в год в возрасте 70 лет. Однако существование даже такого ограниченного потенциала к регенерации открывает возможности для воздействий на него в плане увеличения.

Современная медицина не имеет в своем арсенале средств, позволяющих восстановить утраченный в результате патологических процессов миокард и предотвратить развитие замещающего фиброза, что неизбежно приводит к формированию сердечной недостаточности, которая остается на протяжении более полувека одной из ведущих причин смертности в мире [2—5], представляя собой важную медицинскую, социальную и экономическую проблему. Решение этой проблемы лежит в области раскрытия механизмов регенерации сложных органов и тканей, в том числе миокарда, и создания на этой основе новых технологий для стимуляции эндогенных регенеративных процессов. Одним из перспективных подходов к изучению механизмов регенерации является исследование таковой у животных, сохраняющих нативную способность к полной или почти полной регенерации на протяжении всей жизни, что делает возможной идентификацию молекулярных мишеней для фармакологической стимуляции регенеративных процессов. В отношении сердца такие исследования были первоначально сосредоточены на изучении его регенерации у низших животных, в основном у хвостатых амфибий (саламандра Notophthalmus viridescens) и их неотенических личинок (аксолотль Ambystoma mexicanum), а также у некоторых видов костистых рыб (Danio rerio) [6-11], которые способны полностью восстанавливать отсеченную верхушку сердца за счет активации пролиферации кардиомиоцитов и интенсивной реваскуляризации регенерирующего участка. Наиболее хорошо охарактеризованной природной моделью полной регенерации сердца является полосатая рыбка (D. Rerio), демонстрирующая способность к исчерпывающему заживлению миокарда после различных повреждений, включающих отсечение верхушки желудочка, криодеструкцию и ишемическое повреждение. Однако значительные различия в структуре и функционировании сердца у рыб, земноводных и человека затрудняют трансляцию знаний о механизмах регенерации в применимые для клиники биотехнологии. Среди млекопитающих объектом изучения регенерации сердца являлись новорожденные мыши, у которых в течение первой недели постнатального онтогенеза сохраняется способность к полной (безрубцовой) регенерации миокарда после ишемического, ампутационного и травматического повреждения [12]. Следует отметить, что по истечении недельного неонатального периода сердце мышей утрачивает регенеративный потенциал, и повреждения сердца разрешаются развитием фиброза, как и у практически всех взрослых млекопитающих. Поэтому обнаружение относительно недавно феномена полной или почти полной регенерации зоны повреждения кожи, хрящевых структур, поврежденных почек, спинного мозга, скелетных мышц и сердца у взрослых млекопитающих — грызунов рода Acomys, так называемых иглистых мышей, позволило открыть новые перспективы в изучении механизмов регенерации, в частности, регенерации миокарда [13, 14].

Регенеративный потенциал иглистых мышей Acomys

Иглистые мыши (Acomys), обитающие в Африке и на Ближнем Востоке, относительно недавно были замечены как животные, обладающие набором уникальных свойств, позволяющих им выживать после получения тяжелых травм, наносимых хищниками. Прежде всего эти животные могут терять до 60% кожного покрова, вероятно, не страдая от значительного болевого синдрома, инфицирования и выраженного кровотечения, а также восстанавливать его полностью, сохраняя полную структуру кожи и подкожной клетчатки, включая волосяные фолликулы, сальные железы, жировую клетчатку и сосуды [15—17]. Вероятно, иглистые мыши менее подвержены стрессу и болевому синдрому, сопровождающему повреждение кожных покровов, чем остальные млекопитающие. Дальнейшие исследования этих животных показали наличие у них сохраняющейся на протяжении всей жизни способности к полной (безрубцовой) или почти полной (т.е. сопровождаемой минимальным фиброзом) регенерации таких органов, как почки, сердце, спинной мозг, скелетные мышцы [13, 14], что практически не встречается у других млекопитающих. В отличие от иглистых мышей у других млекопитающих, включая домовых мышей (M. musculus), возможность безрубцовой регенерации тканей сохраняется только в пре- и коротком постнатальном периоде жизни [18—21].

У млекопитающих и человека после окончания развития сохраняется высокая способность к регенерации дистальной фаланги пальцев [22]. Это позволяет полагать, что потенциал к регенерации присутствует в геноме млекопитающих, включая и человека, но запуск регенеративной программы почти полностью блокируется вскоре после рождения. Исследование механизмов, посредством которых мыши Acomys избежали постнатального блокирования регенеративных программ, может позволить идентифицировать и сам механизм блокирования и разработать подходы к его локальной отмене у млекопитающих, лишенных способности к эффективной регенерации.

Кумулятивный анализ баз данных научной литературы, основанный на предиктивном поиске ключевых понятий, выявляет, что именно регенерация является наиболее новым и активно развивающимся направлением исследований, связанных с Acomys. Эти исследования направлены на изучение особенностей процессов воспаления, иммунного ответа, профиля иммунных клеток, состава и строения внеклеточного матрикса, пролиферации клеток и неонатальных характеристик мышей Acomys [23—28]. В этой области работает несколько научных групп, каждая из которых изучает регенерацию определенного органа или ткани.

Наиболее значительная часть работ по исследованию регенеративных процессов у иглистых мышей посвящена изучению механизмов полной регенерации кожи и ушной раковины [23, 24, 26, 28]. Установлено, что состав внеклеточного матрикса (ВКМ) кожи мышей Acomys значительно отличается от такового у «лабораторных» мышей рода Mus (C57BL/6J; CD1) прежде всего инвертированным соотношением коллагенов I и III типов с преобладанием коллагена III, с существенно меньшей плотностью и более пористой структурой укладки коллагеновых волокон, значительно сниженным сопротивлением волокон к разрыву [23].

После повреждении кожи у мышей Acomys профиль экспрессии белков ВКМ непосредственно в месте повреждения близок к таковому в фетальных ранах и характеризуется значительно более высокой экспрессией коллагенов III и V типов в сравнении с контрольными мышами (Mus), для которых типичным является повышение экспрессии коллагена XII. Для кожи иглистых мышей в посттравматический период характерен более высокий уровень экспрессии ферментов, участвующих в перестройке межклеточного матрикса, таких как матриксные металлопротеиназы, чем у M. musculus [24]. Как и для других животных, способных к полной регенерации органов и тканей, таких как аксолотли, рыбки D. rerio, новорожденные мыши, для эффективной регенерации у иглистых мышей необходимы макрофаги: деплеция макрофагов блокирует регенерацию и заживление ушной раковины после экспериментального повреждения [25].

Следует отметить, что локальная реакция иммунной системы на повреждение кожи у Acomys изменена. Так, уровень провоспалительных цитокинов (Il6, Cxcl3, Ccl12, Ccl7, Il1b), содержание провоспалительных макрофагов (М1) и нейтрофилов у них снижены в сравнении с контрольными мышами (Mus), но преобладают противовоспалительные макрофаги (М2) [24]. Отличается и реакция кожных фибробластов на изменение плотности матрикса. Так, фибробласты новорожденных мышей Acomys не повышают экспрессию альфа-актина при культивировании на матриксе с увеличенной плотностью в отличие от фибробластов контрольных мышей [26]. Недавно полученные данные позволили предположить, что полная регенерация кожи и ушной раковины у иглистых мышей может быть связана с особенностями функционирования Hippo-Yap сигнального пути в фибробластах кожи, обеспечивающими более длительную ядерную локализацию Yap, которая способствует быстрой дедифференцировке миофибробластов. Это предотвращает развитие патологического фиброза, благоприятствуя транзиторной профиброзной реакции, необходимой для эффективного репаративного процесса. Ингибирование Hippo-Yap сигнального пути вертепорфином приводит у Acomys к развитию фиброза [27]. Недавние мультиомиксные исследования и анализ единичных клеток (ATAC-seq) показали значительную степень пластичности подтипов фибробластов кожи. Генетические механизмы, ответственные за пластичность кожных фибробластов, могут обеспечить субстрат для эволюционной селекции или амплификации именно тех подтипов кожных фибробластов, которые опосредуют регенерацию кожи у мышей Acomys [23, 24, 29—32].

При исследовании регенерации ушной раковины у Acomys отмечено более значительное, чем у M. musculus увеличение продукции активных форм кислорода в первые 5 дней после повреждения [25], что также характерно для регенерации сердца у полосатой рыбки [33].

Значительно меньшая плотность ВКМ и измененное соотношение коллагенов характерно для скелетных мышц со значительным преобладанием у мышей Acomys коллагена VI типа [34]. Поскольку миграция и пролиферация клеток в значительной степени регулируется плотностью ВКМ, вышеуказанная особенность может быть одним из ключевых факторов, определяющих особенности регенеративных процессов у Acomys. Так, после повреждения скелетных мышц CaTX-содержащими, мембран-пермеабилизирующие компонентами яда кобры иглистые мыши быстрее восстанавливали мышцы с ускоренной индукцией эмбрионального миозина и высоким уровнем дистрофина по сравнению с контрольными мышами. У Acomys отмечен более низкий уровень маркеров воспаления (NF-kB), фиброза (TGFβ1, коллагенов I, III, и XII типов) и более высокий уровень противовоспалительного хемокина Cxcl12. При одинаковом увеличении у Acomys и M. musculus уровня противовоспалительных М2-макрофагов у иглистых мышей практически не определялись провоспалительные М1-макрофаги уже на 4 день после введения кардиотоксина [34], что указывает на менее выраженный воспалительный ответ и преобладание у иглистых мышей прорегенеративных противовоспалительных макрофагов уже в первые дни после повреждения скелетных мышц. Важно отметить, что полная регенерация скелетных мышц сохранялась у мышей Acomys даже после повторных многократных повреждений кардиотоксином, тогда как у обычных домовых мышей после многократных повреждений регенеративные процессы угасали и отмечалось замещение скелетных мышц жировой тканью [34].

Особый интерес вызывают исследования регенерации таких сложных органов, как почки, спинной мозг и сердце. Хорошо известно, что прогрессирующий фиброз почек, как исход многих заболеваний почек, составляет основу развития почечной недостаточности. Исследования развития фиброза при моделировании острого повреждения почек в двух моделях — односторонней обструкции мочеточника и ишемии-реперфузии, показали, что у иглистых мышей практически не развивается интерстициальный фиброз почек, в отличие от домовых мышей, а наблюдается практически полноценная регенерации ткани почки в зоне повреждения и восстановление ее функции уже через 2 недели после повреждения [35]. Транскриптомный анализ, выполненный на 2-й день эксперимента, выявил, что у иглистых мышей регенеративный ответ инициировался практически сразу же после повреждения. Анализ, выполненный на 5-й день после повреждения, выявил экспрессию генов, вовлеченных в нефрогенез, совпадающую с экспансией кадгерин-6+-клеток тубулярного эпителия, чего не наблюдалось у контрольных мышей [35].

Ослабленный воспалительный ответ и отсутствие заместительного фиброза характеризует и заживление травмы спинного мозга у иглистых мышей. Так, реакция иглистых мышей на травму спинного мозга характеризовалась меньшей продукцией провоспалительных цитокинов, более выраженным увеличением экспрессии нейрогенных генов, подавленной TGFβ1-зависимой сигнализацией, тотальным отсутствием глиального рубцевания и более быстрым и полным восстановлением нарушенных функций мочевого пузыря [37]. В нескольких работах показано, что иглистые мыши в отличие от других млекопитающих способны регенерировать спинной мозг при полном пересечении, при этом тубулин-позитивные аксоны у них оказывались почти полностью миелинизированы. Ремиелинизация способствовала восстановлению проведения возбуждения в нервных волокнах уже к 8-й посттравматической неделе, чего не наблюдалось у домовых мышей рода Mus, у которых формировался выраженный глиальный рубец [37]. РНК-секвенирование выявило, что в ответ на повреждение спинного мозга мыши Acomys демонстрируют уникальный паттерн экспрессии генов в фибробластах и астроцитах, а состав межклеточного матрикса в месте повреждения значительно отличается от контрольных мышей [38]. Так, в месте повреждения у иглистых мышей обнаружено значительное увеличение экспрессии ферментов биосинтеза кератансульфатпротеогликана (KSPG) и снижение экспрессии ферментов биосинтеза гепарансульфатпротеогликанов (HSPG), что приводило к повышению содержания тех компонентов ВКМ, которые обеспечивают рост и поддержание новых отростков нейронов, а содержание компонентов ВКМ, которые препятствуют росту аксонов, наоборот, было снижено. Таким образом, экспрессия β-1,3-N-ацетилгалактозаминилтрансферазы-7 (β3gnt7) — ключевого энзима, необходимого для синтеза кератансульфатпротеогликанов — соединений, участвующих в транспорте и хранении нейротрансмиттеров, в росте аксонов и нейропластичности была значительно увеличена. Экспрессия гена этого энзима в клетках линии CHO приводила к тому, что сокультивированные нейроны демонстрировали очень активный рост нейритов [37]. Эти результаты имеют перспективы трансляции в клинику для разработки метода генной терапии спинальной травмы на основе гена β3gnt7.

Вышеописанные результаты свидетельствуют в пользу перспективности изучения механизмов регенеративных процессов у иглистых мышей как способа идентификации мишеней, инструментов локального управления процессами регенерации у человека.

Регенеративные процессы в сердце у иглистых мышей Acomys

За последние 5 лет в мировой научной литературе опубликовано всего четыре пионерские работы [39-42], в которых продемонстрирована уникальная способность мышей Acomys к регенерации сердечной ткани после ишемического повреждения. Рассмотрим кратко результаты этих работ.

Сопоставление анатомии и функции сердца у мышей Acomys и домовых мышей Mus (С57BL6, CFW и В6) выявило повышенную среднюю массу сердца и тела у иглистых мышей. Однако нормализованные массы сердца у Acomys и Mus одинаковы [39]. Acomys имели немного более высокую частоту сердечных сокращений (ЧСС) [40, 41]. Однако данные о ЧСС покоя у иглистых мышей противоречивы.

Имеются сведения о том, что ЧСС может быть как выше, так и ниже, чем у M.musculus. При реконструкции строения коронарного русла [39, 40] не было обнаружено статистически значимых различий в структуре древа коронарных артерий у интактных животных. Исследование функции сердца с помощью эхокардиографии (ЭхоКГ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) показало, что Acomys имели более высокую фракцию выброса (ФВ): 68,4 против 55% [39] (ЭхоКГ) и 76 против 62% (МРТ) [40]. При этом достоверная разница во фракционном укорочении (ФУ), по данным одних групп ученых [39, 40], отсутствовала, в то время как, по данным другой группы [41], была значительной у интактных животных. Противоречивые данные также касаются и толщины передней стенки левого желудочка (ПСЛЖ). Так, в работе [40] ПСЛЖ была немного выше у Acomys, что не подтверждалось данными других двух работ [39, 41]. Таким образом, единственной подтвержденной функциональной особенностью сердца здоровых, интактных Acomys, является повышенная, по сравнению с M. musculus, ФВ.

Хорошо известно, что после моделирования инфаркта миокарда (ИМ) у мышей путем перевязки передней нисходящей коронарной артерии развивается обширный некроз, который сопровождается развитием замещающего фиброзного рубца, и приводит к потере способности желудочков к адекватной сократительной активности. В постинфарктном периоде развивается выраженное ремоделирование левого желудочка, снижение насосной функции сердца и сердечная недостаточность. Летальность у обычных мышей при таких операциях достигает 30%, а иногда и 50%.

Несмотря на то что у мышей Acomys также, как и у контрольных мышей, развивается некроз, в отличие от контрольных мышей для них характерна высокая резистентность к ишемическому повреждению, выраженная цитопротекция, способность поразительно эффективно восстанавливать сердечную деятельность, крайне низкая летальность или ее полное отсутствие [39]. При оценке динамики ФВ, начиная со 2-го дня после моделирования ИМ, обнаружено, что к 14-му дню ФВ частично восстановилась и составила 48% (исходный уровень — 68,4%), оставаясь стабильной при дальнейшем наблюдении. У мышей рода Mus ФВ уменьшалась с течением времени, достигая 20% на 50-й день при исходном уровне 58% [39].

В другом исследовании [40] у домовых мышей на 14-й день падение ФВ достигло 15%, а на 13-й неделе ФВ составила 32% против 64% исходных, в то время как у Acomys при достижении 4-й недели плато к 13-й неделе зарегистрировано лишь небольшое недостоверное различие с группой ложнооперированных животных. Стабильное восстановление ФВ у Acomys после ИМ по сравнению с постепенным ее снижением у Mus выявлено несколькими независимыми группами ученых [39, 41]. Также были установлены различия в толщине ПСЛЖ: уменьшение на 37% у Mus и отсутствие достоверного истончения у Acomys [41]. Более того, у Acomys практически не наблюдалось серьезного постинфарктного ремоделирования сердца, что было характерно для Mus [39—41]. Размер постинфарктного рубца на 50-й день был значительно меньше у мышей Acomys [39].

Вышеописанные наблюдения подтверждают высокий регенеративный потенциал сердца мышей Acomys. Несмотря на то что этот феномен обнаружен несколькими научными группами, механизмы, участвующие в регенерации сердца Acomys после моделирования ИМ, остаются малопонятными.

Регенерация и/или репарация сердца включает множество клеточных и молекулярных механизмов, и вполне возможно, что Acomys демонстрирует целый комплекс адаптивных особенностей, которые формируют частичный регенеративный ответ вместо рубцевания. Имеющиеся сегодня данные позволяют предполагать, что вышеуказанная способность к регенерации сердечной мышцы и устойчивость к развитию патологического постинфарктного ремоделирования, ведущего к сердечной недостаточности, обусловлены несколькими причинами, которые включают быструю естественную реваскуляризацию и восстановление микроциркуляторного русла, увеличенную пролиферативную активность клеток миокарда как кардиомиоцитов, так и эндотелиальных клеток, манифестацию специфического фенотипа желудочковых кардиомиоцитов, который можно охарактеризовать как смещенный к неонатальному, особую организацию (структуру) соединительнотканного ВКМ, особую реакцию иммунной системы на повреждение, смещенную в сторону преобладания противовоспалительных иммунных реакций и транзиторный характер профиброзной активации [14].

В ряде функциональных экспериментов показано, что кардиомиоциты мышей Acomys экспрессируют ионные каналы (CaV1.3, CaV3.1), характерные для неонатальных клеток, которые являются преимущественно мононуклеарными. Для них характерен неонатальный тип внутриклеточной кальциевой динамики и ответов на β-адренергическую стимуляцию [39, 41]. мРНК секвенирование показало, что миокард Acomys экспрессирует целый ряд генов, характерных для фетальной ткани. Процессы репаративного ангиогенеза также более выражены у мышей Acomys: плотность капилляров в периинфарктной зоне и в зоне формирующегося рубца у них значительно выше, что коррелирует с большим количеством пролиферирующих эндотелиальных клеток [39, 41].

ВКМ постинфарктного рубца у Acomys значительно отличается от матрикса Mus. Он менее плотный и волокна более волнистые и состоит из более толстых коллагеновых волокон, чем ВКМ мышей Mus [41]. Помимо этого, ВКМ Acomys имеет совершенно другую архитектуру, напоминающую плетеную корзину [41], что при регенерации кожи ассоциируется с лучшим регенеративным ответом [43]. Для процесса репарации сердца распределение, состав, количество и структура коллагена определяют лучшую сократительную способность, поскольку чрезмерная выработка коллагена и отсутствие его последующей деградации металлопротеазами вызывает необратимые изменения в жесткости ткани сердца и его сократительной способности. Иглистая мышь демонстрирует поразительное сохранение сократительной способности сердца в постинфарктный период, что может быть связано с особенностями состава и механических свойств ВКМ.

Электрофизиология специфического миокарда Acomys практически не исследована. В единственной пока работе, выполненной в ФГБУ «НМИЦК имени академика Е.И. Чазова» Минздрава России [42] для изучения электрофизиологических свойств, а также механизмов парасимпатического контроля работы пейсмекера сердца иглистых мышей Acomys регистрировали ЭКГ у животных in vivo, оценивали и картировали биоэлектрическую активность в суправентрикулярном миокарде с помощью микроэлектродной техники, метода регистрации потенциалзависимой флюоресценции. Было установлено, что потенциалы действия пейсмекерного типа обнаруживаются в значительной части правого предсердия мышей Acomys, а начальная активация охватывает около 41% площади предсердия. Холинергическая стимуляция у Acomys приводит к крайне выраженному подавлению автоматии и изменению паттерна активации пейсмекерного миокарда. Холинергическое торможение автоматии у Acomys обусловлено неклассическими IKAch-независимыми механизмами. Таким образом, кардиорегенеративный потенциал иглистых мышей манифестирует также в особенностях функционирования и регуляции ритмоводителя сердца.

Заключение

Обобщая имеющиеся на сегодняшний день результаты изучения особенностей регенеративных процессов у иглистых мышей Acomys, необходимо отметить, что эти мыши представляют собой уникальную, относительно недавно появившуюся модель для изучения механизмов регенерации тканей и органов у взрослых млекопитающих.

Восстановление поврежденных при заболеваниях органов без развития или с минимальным развитием заместительного фиброза с восстановлением их функции является главной целью регенеративной медицины, для чего необходима расшифровка клеточных и молекулярно-генетических механизмов, определяющих эффективный регенеративный процесс.

Несколько особенностей иглистых мышей Acomys делают их исключительно надежной моделью для изучения регенерации сложных тканей и органов у взрослых млекопитающих. Другие известные модели регенерации у млекопитающих ограничены какой-то одной тканью или органом, как например, регенерация ногтевой фаланги у мышей, крыс и приматов [44-46], рогов у оленей [47, 48], ушной раковины у Новозеландских кроликов [49]. По сравнению с этими моделями Acomys представляют широкий спектр регенерирующих тканей и органов (рисунок) и являются животными, которых относительно просто и недорого содержать в условиях вивария по сравнению с приматами и оленями, и даже кроликами.

Регенеративный потенциал иглистых мышей Acomys.

С технической стороны, исследованиям на мышах Acomys способствует и то, что в открытом доступе для транскриптомного анализа имеются несколько аннотированных геномов [50, 51]. Все более широкий спектр специфических антител появляется для идентификации у Acomys специфических белков и клеточных типов. Все это создает методическую основу для проведения клеточных и генетических исследований с целью раскрытия механизмов, ответственных за их регенеративные свойства и идентификации новых мишеней для фармакологической регуляции регенеративных процессов. По сравнению с другими позвоночными, обладающими высокими регенеративными свойствами (полосатая рыбка, аксолотль, саламандра), мыши Acomys могут быть отнесены к «промежуточным регенераторам» (от англ. intermediate regenerator), представляя собой промежуточный регенеративный фенотип между человеком и низшими позвоночными, обладающими способностью к полной эпиморфной регенерации. Поскольку Acomys представляют альтернативные низшим позвоночным формы неполной регенерации (с ограниченным фиброзом) таких органов, как сердце, почки, спинной мозг, но при этом обладающие способностью эффективно восстанавливать функции этих органов, раскрытие механизмов такой регенерации, возможно, будет иметь большие перспективы трансляции в клинические технологии, чем механизмы полной безфиброзной регенерации у полосатой рыбки или аксолотля, которые являются пойкилотермными животными, ведущими водный образ жизни. К тому же формирование заместительного фиброза — это эволюционно выработанная реакция и блокировать ее полностью, в частности, в таком работающем органе, как сердце небезопасно, что делает особенно перспективным изучение механизмов транзиторной профиброзной трансформации, присущей мышам Acomys.

Помимо этого, мыши Acomys как модель регенерации обладают рядом биологических особенностей, которые делают их особенно ценными для исследования механизмов регенеративных процессов с перспективами трансляции. Прежде всего у этих мышей развивается типичный диабет 2-го типа на высококалорийной диете [52, 53]. При старении и ожирении процессы ранозаживления у них замедляются, однако регенеративный потенциал сохраняется [14]. Более того, в отличие от других мышей Acomys способны менструировать, как приматы или слоны [54, 55]. Они имеют сходное с человеком строение коркового слоя надпочечников, состоящих из трех зон, а не из двух, как у других мышей [56].

Сегодня иглистые мыши Acomys являются, возможно, наиболее многообещающей моделью для раскрытия механизмов регенерации сложных органов и тканей, в частности, сердца, с перспективами практического применения этих открытий для эффективной стимуляции регенеративных процессов у человека. Углубленное исследование молекулярных и клеточных механизмов, обеспечивающих сохранение у мышей Acomys способности к регенерации тканей и органов во взрослом состоянии, может способствовать расшифровке механизмов, препятствующих регенерации у взрослых млекопитающих, включая человека, что, в свою очередь, поможет разработке биотехнологий, позволяющих локально и временно отключать эти механизмы и/или включать регенеративные механизмы для создания прорегенеративного микроокружения.

Финансирование. Работа поддержана грантом РНФ №24-15-00308.

This work was supported by the Russian Science Foundation (grant No. 24-15-00308).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература / References:

  1. Kajstura J, Gurusamy N, Ogórek B, et al. Myocyte Turnover in the Aging Human Heart. Circulation Research. 2010;107(11):1374-1386. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.110.231498
  2. Cowie MR, Mosterd A, Wood DA, et al. The epidemiology of heart failure. European Heart Journal. 1997;18(2):208-225.  https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.eurheartj.a015223
  3. Lopez AD, Mathers CD, Ezzati M, Jamison DT, Murray CJ, eds. Global Burden of Disease and Risk Factors. The International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank; 2006. Accessed October 13, 2025/ www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11812/
  4. Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю. Лечение сердечной недостаточности в XXI веке: достижения, вопросы и уроки доказательной медицины. Кардиология. 2008;48(2):6-16. 
  5. Roger VL, Go AS, et al. Heart Disease and Stroke Statistics—2012 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 2012;125(1). https://doi.org/10.1161/CIR.0b013e31823ac046
  6. Flink IL. Cell cycle reentry of ventricular and atrial cardiomyocytes and cells within the epicardium following amputation of the ventricular apex in the axolotl, Amblystoma mexicanum: confocal microscopic immunofluorescent image analysis of bromodeoxyuridine-labeled nuclei. Anat Embryol (Berl). 2002;205(3):235-244.  https://doi.org/10.1007/s00429-002-0249-6
  7. Poss KD, Wilson LG, Keating MT. Heart regeneration in zebrafish. Science. 2002;298(5601):2188-2190. https://doi.org/10.1126/science.1077857
  8. Chablais F, Jazwinska A. The regenerative capacity of the zebrafish heart is dependent on TGFβ signaling. Development. 2012;139(11):1921-1930. https://doi.org/10.1242/dev.078543
  9. Lien CL, Harrison MR, Tuan TL, Starnes VA. Heart repair and regeneration: recent insights from zebrafish studies. Wound Repair Regen. 2012;20(5): 638-646.  https://doi.org/10.1111/j.1524-475X.2012.00814.x
  10. McCusker C, Monaghan J, Whited J. Salamander models for elucidating mechanisms of developmental biology, evolution, and regeneration: Part one. Dev Dyn. 2021;250(6).
  11. Godwin JW, Debuque R, Salimova E, Rosenthal NA. Heart regeneration in the salamander relies on macrophage-mediated control of fibroblast activation and the extracellular landscape. NPJ Regen Med. 2017;2:22.  https://doi.org/10.1038/s41536-017-0027-y
  12. Porrello ER, Mahmoud AI, Simpson E, et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 2011;331(6020):1078-1080. https://doi.org/10.1126/science.1200708
  13. Okamura DM, Nguyen ED, Beier DR, Majesky MW. Wound healing and regeneration in spiny mice (Acomys cahirinus). In: Current Topics in Developmental Biology. Vol 148. Elsevier; 2022:139-164.  https://doi.org/10.1016/bs.ctdb.2022.03.001
  14. Allen RS, Seifert AW. Spiny mice (Acomys) have evolved cellular features to support regenerative healing. Ann N Y Acad Sci. 2025;1544(1):5-26.  https://doi.org/10.1111/nyas.15281
  15. Maden M, Brant JO. Insights into the regeneration of skin from Acomys, the spiny mouse. Exp Dermatol. 2019;28(4):436-441.  https://doi.org/10.1111/exd.13847
  16. Harn HI, Wang SP, Lai YC, et al. Symmetry breaking of tissue mechanics in wound induced hair follicle regeneration of laboratory and spiny mice. Nat Commun. 2021;12(1):2595. Published 2021 May 10.  https://doi.org/10.1038/s41467-021-22822-9
  17. Brewer R, Murphy J, Bird G. Atypical interoception as a common risk factor for psychopathology: A review. Neurosci Biobehav Rev. 2021;130:470-508.  https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2021.07.036
  18. Longaker MT, Whitby DJ, Adzick NS, et al. Studies in fetal wound healing, VI. Second and early third trimester fetal wounds demonstrate rapid collagen deposition without scar formation. J Pediatr Surg. 1990;25(1):63-69.  https://doi.org/10.1016/s0022-3468(05)80165-4
  19. Lorenz HP, Adzick NS. Scarless skin wound repair in the fetus. West J Med. 1993;159(3):350-355. 
  20. Cass SP, Furman JM, Ankerstjerne K, Balaban C, Yetiser S, Aydogan B. Migraine-related vestibulopathy. Ann Otol Rhinol Laryngol. 1997;106(3):182-189.  https://doi.org/10.1177/000348949710600302
  21. Colwell CS, Michel S, Itri J, et al. Disrupted circadian rhythms in VIP- and PHI-deficient mice. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2003; 285(5):R939-R949. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00200.2003
  22. Allen C, Büttner S, Aragon AD, et al. Isolation of quiescent and nonquiescent cells from yeast stationary-phase cultures. The Journal of Cell Biology. 2006;174(1):89-100.  https://doi.org/10.1083/jcb.200604072
  23. Seifert AW, Kiama SG, Seifert MG, Goheen JR, Palmer TM, Maden M. Skin shedding and tissue regeneration in African spiny mice (Acomys). Nature. 2012;489(7417):561-565.  https://doi.org/10.1038/nature11499
  24. Brant JO, Lopez MC, Baker HV, Barbazuk WB, Maden M. A Comparative Analysis of Gene Expression Profiles during Skin Regeneration in Mus and Acomys. PLoS One. 2015;10(11):e0142931. Published 2015 Nov 25.  https://doi.org/10.1371/journal.pone.0142931
  25. Simkin J, Gawriluk TR, Gensel JC, Seifert AW. Macrophages are necessary for epimorphic regeneration in African spiny mice. Elife. 2017;6:e24623. Published 2017 May 16.  https://doi.org/10.7554/eLife.24623
  26. Stewart DC, Serrano PN, Rubiano A, et al. Unique behavior of dermal cells from regenerative mammal, the African Spiny Mouse, in response to substrate stiffness. J Biomech. 2018;81:149-154.  https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2018.10.005
  27. Brewer CM, Nelson BR, Wakenight P, et al. Adaptations in Hippo-Yap signaling and myofibroblast fate underlie scar-free ear appendage wound healing in spiny mice. Dev Cell. 2021;56(19):2722-2740.e6.  https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.09.008
  28. Matias Santos D, Rita AM, Casanellas I, et al. Ear wound regeneration in the African spiny mouse Acomys cahirinus. Regeneration (Oxf). 2016; 3(1):52-61. Published 2016 Mar 9.  https://doi.org/10.1002/reg2.50
  29. Plikus MV, Wang X, Sinha S, et al. Fibroblasts: Origins, definitions, and functions in health and disease. Cell. 2021;184(15):3852-3872. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.06.024
  30. Thompson SM, Phan QM, Winuthayanon S, Driskell IM, Driskell RR. Parallel Single-Cell Multiomics Analysis of Neonatal Skin Reveals the Transitional Fibroblast States that Restrict Differentiation into Distinct Fates. J Invest Dermatol. 2022;142(7):1812-1823.e3.  https://doi.org/10.1016/j.jid.2021.11.032
  31. Abbasi S, Sinha S, Labit E, et al. Distinct Regulatory Programs Control the Latent Regenerative Potential of Dermal Fibroblasts during Wound Healing. Cell Stem Cell. 2020;27(3):396-412.e6.  https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.07.008
  32. Foster DS, Januszyk M, Yost KE, et al. Integrated spatial multiomics reveals fibroblast fate during tissue repair. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021; 118(41):e2110025118. https://doi.org/10.1073/pnas.2110025118
  33. Han P, Zhou XH, Chang N, Xiao CL, Yan S, Ren H, Yang XZ, Zhang ML, Wu Q, Tang B, Diao JP, Zhu X, Zhang C, Li CY, Cheng H, Xiong JW. Hydrogen peroxide primes heart regeneration with a derepression mechanism. Cell Res. 2014 Sep; 24(9):1091-107.  https://doi.org/10.1038/cr.2014.108
  34. Maden M, Brant JO, Rubiano A, et al. Perfect chronic skeletal muscle regeneration in adult spiny mice, Acomys cahirinus. Sci Rep. 2018;8(1):8920. Published 2018 Jun 11.  https://doi.org/10.1038/s41598-018-27178-7
  35. Okamura DM, Brewer CM, Wakenight P, et al. Spiny mice activate unique transcriptional programs after severe kidney injury regenerating organ function without fibrosis. iScience. 2021;24(11):103269. Published 2021 Nov 3.  https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103269
  36. Streeter KA, Sunshine MD, Brant JO, Sandoval AGW, Maden M, Fuller DD. Molecular and histologic outcomes following spinal cord injury in spiny mice, Acomys cahirinus. J Comp Neurol. 2020;528(9):1535-1547. https://doi.org/10.1002/cne.24836
  37. Nogueira-Rodrigues J, Leite SC, Pinto-Costa R, et al. Rewired glycosylation activity promotes scarless regeneration and functional recovery in spiny mice after complete spinal cord transection. Developmental Cell. 2022;57(4):440-450.e7.  https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.12.008
  38. Streeter KA, Sunshine MD, Brant JO, Sandoval AGW, Maden M, Fuller DD. Molecular and histologic outcomes following spinal cord injury in spiny mice, Acomys cahirinus. J Comp Neurol. 2020 Jun 15;528(9):1535-1547. https://doi.org/10.1002/cne.24836
  39. Peng H, Shindo K, Donahue RR, et al. Adult spiny mice (Acomys) exhibit endogenous cardiac recovery in response to myocardial infarction. NPJ Regen Med. 2021;6(1):74. Published 2021 Nov 17.  https://doi.org/10.1038/s41536-021-00186-4
  40. Qi Y, Dasa O, Maden M, et al. Functional heart recovery in an adult mammal, the spiny mouse. Int J Cardiol. 2021;338:196-203.  https://doi.org/10.1016/j.ijcard.2021.06.015
  41. Koopmans T, van Beijnum H, Roovers EF, et al. Ischemic tolerance and cardiac repair in the spiny mouse (Acomys). NPJ Regen Med. 2021;6(1):78. Published 2021 Nov 17.  https://doi.org/10.1038/s41536-021-00188-2
  42. Kuzmin VS, Egorov YV, Karhov AM, Boldyreva MA, Parfyonova EV. Regenerative potential of spiny mice (Acomys cahirinus) manifests in pacemaker myocardium expansion and in predominance of noncanonical, IK,ACH-independent pathway of the cholinergic regulation of the cardiac pacemaking. Doklady Rossijskoj akademii nauk. Nauki o žizni. 2025;520(1):151-158.  https://doi.org/10.1134/S0012496624600623
  43. Berthod F, Germain L, Li H, Xu W, Damour O, Auger FA. Collagen fibril network and elastic system remodeling in a reconstructed skin transplanted on nude mice. Matrix Biol. 2001 Nov;20(7):463-73.  https://doi.org/10.1016/s0945-053x(01)00162-7
  44. Borgens RB. (1982). Mice regrow the tips of their foretoes. Science,217, 747-750.  https://doi.org/10.1126/science.7100922
  45. Fernando WA, Leininger E, Simkin J, Li, N i, Malcom, CA, Sathyamoorthi S, Han M,&Muneoka K. (2011). Wound healing and blastema formation in regenerating digit tips of adult mice. Develop-mental Biology, 350, 301-310.  https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2010.11.035
  46. Singer M, Weckesser EC, Geraudie J, Maier CE & Singer J.(1987). Open finger tip healing and replacement after distal amputation in rhesus monkey with comparison to limb regeneration in lower vertebrates. Anatomy and Embryology, 177, 29—36.  https://doi.org/10.1007/BF00325287
  47. Sinha S, Sparks HD, Labit E, Robbins, HN., Gowing, K., Jaffer, A., Kutluberk E, Arora R, Raredon MSB, Cao L, Swanson S, Jiang P, Hee O, Pope H, Workentine M, Todkar K, Sharma N, Bharadia S, Chockalingam K, ... Biernaskie J. (2022). Fibroblast inflammatory priming determines regenerative versus fibrotic skin repair in rein-deer. Cell,185,4717-4736.e25.e4725. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.11.004
  48. Billingham RE, Mangold R, & Silvers WK. (1959). The neogenesis of skin in the antlers of deer. Annals of the New York Academy of Sciences, 83, 491-498.  https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1960.tb40922.x
  49. Gawriluk TR, Simkin J, Thompson KL, Biswas SK, Clare-Salzler Z, Kimani JM, Kiama SG, Smith JJ, Ezenwa VO & Seifert AW. (2016). Comparative analysis of ear-hole closure identifies epimorphic regeneration as a discrete trait in mammals. Nature Communications, 7, 11164. https://doi.org/10.1038/ncomms11164
  50. Nguyen ED, Fard VN, Kim BY, Collins S, Galey M, Nelson BR,Wakenight P, Gable SM, Mckenna A, Bammler TK, Macdonald J, Okamura DM, Shendure J, Beier DR, Ramirez JM, Majesky MW, Millen KJ, Tollis M & Miller DE. (2023). Genome Report: Chromosome-scale genome assembly of the African spiny mouse (Acomys cahirinus). G3 Genes|Genomes|Genetics, 13, jkad177. https://doi.org/10.1093/g3journal/jkad177
  51. Wang Y, Qiao Z, Mao L, Li F, Liang X, An X, Zhang S, Liu X, Kuang Z, Wan N, Nevo E & Li K. (2022). Sympatric speciation of the spiny mouse from Evolution Canyon in Israel substantiated genomically and methylomically. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119, e2121822119. https://doi.org/10.1073/pnas.2121822119
  52. Gonet AE, Stauffacher W, Pictet R & Renold AE. (1966). Obesity and diabetes mellitus with striking gcongenital hyperplasia of the islets of Langerhans in spiny mice (Acomys cahirinus): I. Histological findings and preliminary metabolic observations. Diabetologia, 1, 162-171.  https://doi.org/10.1007/BF01257907
  53. Shafrir E. (2000). Overnutrition in spiny mice (Acomys cahirinus): Beta-cell expansion leading to rupture and overt diabetes on fatrich diet and protective energy-wasting elevation in thyroid hormone on sucrose-rich diet. Diabetes Metabolism Research and Reviews,16, 94-105.  https://doi.org/10.1002/(sici)1520-7560(200003/04)16:2<94::aid-dmrr82>3.0.co;2-u
  54. Bellofiore N, Ellery SJ, Mamrot J, Walker, DW, Temple-Smith P, & Dickinson,H. (2017). First evidence of a menstruating rodent:The spiny mouse (Acomys cahirinus). American Journal of Obstetrics and Gynecology, 216, 40.e1-40 e11.  https://doi.org/10.1016/j.ajog.2016.07.041
  55. Bellofiore N, Rana S, Dickinson H, Temple-Smith P, & Evans J. (2018). Characterization of human-like menstruation in the spiny mouse: Comparative studies with the human and induced mouse model. Human Reproduction, 33, 1715-1726. https://doi.org/10.1093/humrep/dey247
  56. Bilyalova A, Bilyalov A, Kozlova O, Filatov N, Filimoshina D, Gazizova G, Deviatiiarov R, Titova A, Bydanov A, Mukhamedshina Y, et al. Morphological and Transcriptomic Analyses of the Adrenal Gland in Acomys cahirinus: A Novel Model for Murine Adrenal Physiology. Cells. 2025; 14(18):1431. https://doi.org/10.3390/cells14181431

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.