Podążając śladem dwóch białek
Zespół ze Stanford rozpoczął swoje badania od analizy próbek krwi pobranych od osób zaszczepionych przeciwko COVID-19, porównując te, u których rozwinęło się zapalenie mięśnia sercowego, z tymi, u których ono nie wystąpiło. We krwi osób, u których wystąpiło zapalenie serca, wyraźnie wyróżniały się dwa białka: CXCL10 i IFN-gamma.
Obie należą do kategorii cząsteczek zwanych cytokinami – chemicznych przekaźników, których komórki układu odpornościowego używają do komunikacji między sobą. Wu opisał tę parę jako działającą jak zgrany zespół, z których każdy odgrywa odrębną, ale uzupełniającą się rolę w napędzaniu procesu zapalnego, który ostatecznie uszkadza serce.
Aby zrozumieć, jak powstają te białka, naukowcy przeprowadzili eksperymenty laboratoryjne. Wygenerowali ludzkie komórki odpornościowe zwane makrofagami – agresywnymi obrońcami pierwszej linii układu odpornościowego – i poddali je działaniu szczepionek mRNA w kontrolowanych warunkach na szalkach. Makrofagi zareagowały, uwalniając szereg cytokin, a białko CXCL10 było produkowane w szczególnie znaczących ilościach.
Po wprowadzeniu do szalki drugiego rodzaju komórek odpornościowych – limfocytów T, które pełnią rolę mobilnych strażników zdolnych do rozpoznawania specyficznych zagrożeń i wzmacniania odpowiedzi immunologicznej – lub po prostu umieszczeniu limfocytów T w płynie, w którym zanurzone były makrofagi poddane działaniu szczepionki, produkcja IFN-gamma gwałtownie wzrosła. Limfocyty T wystawione na działanie samej szczepionki, bez środowiska warunkowanego przez makrofagi, wytwarzały jedynie przeciętne ilości IFN-gamma. Odkrycie to ustaliło jasną sekwencję: makrofagi są głównym źródłem CXCL10, a limfocyty T głównym źródłem IFN-gamma, przy czym ten drugi jest zależny od sygnałów pochodzących od tych pierwszych.
Potwierdzenie uszkodzeń w systemach żywych
Aby potwierdzić, że ta dwubiałkowa kaskada rzeczywiście powoduje uszkodzenie serca, naukowcy zwrócili się ku modelom mysim. Młode samce myszy zostały zaszczepione i wykazywały podwyższony poziom troponiny sercowej – białka uwalnianego do krwiobiegu w przypadku uszkodzenia komórek mięśnia sercowego, będącego standardowym markerem klinicznym stosowanym do diagnozowania uszkodzenia serca u ludzi.
Badanie tkanki serca myszy wykazało infiltrację makrofagów i neutrofili, kolejnej klasy agresywnych komórek układu odpornościowego. Ten rodzaj inwazji komórek układu odpornościowego do tkanki serca obserwuje się również u pacjentów z zapaleniem mięśnia sercowego po szczepieniu. Problem z tymi komórkami polega na tym, że w swojej gorliwości do walki z postrzeganymi zagrożeniami mogą one powodować uszkodzenia w zdrowej tkance – w tym w delikatnych komórkach mięśnia sercowego.
Gdy naukowcy zablokowali aktywność CXCL10 i IFN-gamma, infiltracja ta uległa znacznemu zmniejszeniu, a poziom troponiny sercowej spadł, mimo że ogólna odpowiedź immunologiczna na szczepionkę pozostała w dużej mierze nienaruszona. Było to przełomowe odkrycie: sugerowało, że uszkodzenie zapalne serca może być niezależne od ochronnej funkcji immunologicznej szczepionki.
Zespół poszedł o krok dalej, wykorzystując najnowocześniejszą technologię opracowaną w laboratorium Wu. Ludzkie komórki skóry lub krwi można przekształcić w puste komórki macierzyste, a następnie nakierować na różnicowanie w komórki mięśnia sercowego, makrofagi i komórki wyściełające naczynia krwionośne. Komórki te można następnie łączyć w maleńkie, kuliste struktury, które naśladują bicie i kurczenie się prawdziwej tkanki serca – co naukowcy nazywają „sferoidami sercowymi”.
Po podaniu tym sferoidom serca płynu wzbogaconego cytokinami, pochodzącego z komórek układu odpornościowego stymulowanych szczepionką, markery stresu serca znacząco wzrosły, a zdolność sferoidów do rytmicznego kurczenia się została upośledzona. Po zastosowaniu inhibitorów cytokin, znaczna część tych uszkodzeń została odwrócona.
Związek sojowy wkracza do gry
Po opracowaniu mechanizmu powstawania urazów Wu i jego zespół zajęli się kwestią o charakterze praktycznym: czy można coś zrobić, aby im zapobiec?
Wu postawił hipotezę opartą na wcześniejszych badaniach. Wcześniej badał związek zwany genisteiną – naturalnie występującą, lekko estrogenopodobną substancją występującą w soi – i odkrył, że ma on znaczące właściwości przeciwzapalne. Praca ta, opublikowana w czasopiśmie „Cell” w 2022 roku, wykazała zdolność genisteiny do ochrony naczyń krwionośnych i tkanki serca przed innym rodzajem stanu zapalnego.
Związek z zapaleniem mięśnia sercowego wydawał się prawdopodobny z kilku powodów. Schorzenie to dotyka nieproporcjonalnie częściej mężczyzn, a estrogeny mają znane działanie przeciwzapalne. Genisteina, która słabo naśladuje estrogen, może oferować niektóre z tych korzyści ochronnych bez hormonalnych skutków ubocznych, charakterystycznych dla silniejszych związków.
Zespół Wu przeprowadził równoległą serię eksperymentów, w których komórki, sferoidy serca i myszy były wstępnie traktowane genisteiną przed podaniem szczepionki lub kombinacji CXCL10 i IFN-gamma. W każdym przypadku genisteina znacząco zmniejszyła szkodliwy wpływ na tkankę serca.
Wersja genisteiny użyta w tych eksperymentach była znacznie czystsza i bardziej skoncentrowana niż ta dostępna w typowych suplementach diety. Wu przyznał to rozróżnienie, zwracając jednocześnie uwagę na podstawowy profil bezpieczeństwa tego związku. „Nikt nigdy nie przedawkował tofu” – zauważył.
