Кроветворение. Номенклатура клеток костного мозга и крови

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ УКРАИНЫ

ЛУБЕНСКОЕ МЕДИЦИНСКОЕ УЧИЛИЩЕ

ИЗ ГЕМАТОЛОГИИ

НА ТЕМУ: КРОВЕТВОРЕНИЕ. НОМЕНКЛАТУРА КЛЕТОК КОСТНОГО МОЗГА И КРОВИ

Миносян Виктория

Лубны 2009

Кроветворение. Номенклатура клеток костного мозга и крови

Кроветворение, или гемопоэз - это сложный многоэтапный процесс образования в специализированных органах клеток крови. Как образуются первые кроветворные клетки?

В результате дробления оплодотворенной яйцеклетки формируется бластоциста, затем бластула и гаструла. Внутренняя клеточная масса бластоцисты (ВКМ) содержит 30-150 эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Это поистине стволовые клетки, клетки-прародительницы, обладающие тотипотентностью, т. е. способностью давать начало как собственно эмбриону, так и всем без исключения клеткам и тканям организма. На стадии гаструлы в результате сложных перемещений клеток образуется 3 зародышевых листка - экто-, мезо- и эндодерма. Мезодерма - средний зародышевый листок - дает начало костному мозгу, крови, сердечно-сосудистой системе. Мезенхима, называемая иногда 4-м зародышевым листком, также является производной мезодермы и дает начало костям, хрящам, мышцам, дерме и всей соединительной ткани организма. Формирование органов из ЭСК, включая гемо-поэтические - костный мозг, тимус, селезенку, лимфоузлы, Пейеровы бляшки, мукозоассоциированную лимфоидную ткань, - осуществляется благодаря транскрипции генов, реализующих генетическую программу в клетке. В частности, известна роль ядерныхбелков GATA-2* в развитии ранних кроветворных предшественников (Martin D. I. К. ct al., 1990; Romeo P. H. el al., 1990).

Кроветворение у человека начинается на 3-4-й неделе гестации одновременно в желточном мешке (внеэмбриональное кроветворение), а также в самом эмбрионе и хорионе (внутриэмбриональное кроветворение) в виде кровяных островков, окруженных клетками эндотелия, происходящего, по-видимому, из общих с гемопо-этическими стволовых клеток (Приндулл Г., 1998). К. Choi и соавторы (1998) подтвердили идею существования бшготентных гемангиобластов, прослеживая путь развития кроветворной клетки по схеме: мезодерма-эндотелий-кровь. Однако еще в 1932 г. А. В. Румянцев отметил, что «как кровяные клетки, так и сосуды, по которым движется кровь, - дериваты мезенхимы». М. Tavian и соавторы (1996) показали, что в области парааорталыюй сплан-хоплевры эмбриона одновременно с желточным мешком возникают первые стволовые кроветворные клетки (СКК), которые мигрируют затем в фетальную печень, костный мозг и другие места гемопоэза. Только эти клетки по праву могут называться стволовыми кроветворными, но в силу сложившейся традиции это название сохранилось и за некоторыми более поздними их потомками. В период гаструляции ЭСК начинают формировать гемопоэтическую мезенхиму (Приндулл Г., 1998), а также синтезируется экстрацеллюлярный протеиновый матрикс, включающий фибронектин, ламинин и коллаген; экспрессируются рецепторы молекул клеточной адгезии - интегрины; секретируются цитокины. Эндотелиальные клетки, сливаясь в капилляры, соединяют желточный мешок с эмбрионом. По этим капиллярам из желточного мешка на 4-5-й неделе гестации двигаются примитивные гемопоэтические клетки и колонизируют образующуюся к тому времени печень. На 8-10-й неделе происходит колонизация вилочковой железы.

Таким образом, закладка кроветворной системы осуществляется при координированном взаимодействии трех клеточных пулов - производных мезодермы - гемопоэтического, стромального и сосудистого.

Первыми клетками, которые к концу 4-й недели образуются в желточном мешке, являются примитивные эритробласты-мегалобласты, синтезирующие фетальный гемоглобин. На 4-5-й неделе развития эмбриона в желточном мешке возникают различные генерации кроветворных клеток, в том числе полипотентные клетки-предшественники гранулоцито-эритро-моноцито-мегакариоци-топоэза, образующие в агаре смешанные колонии в составе этих клеток - КОЕ-ГЭММ (колониеобразующие единицы грануло-эритро-моноцито-мсгакариоцитопоэза). Данные клетки экспрессируют рецепторы ранних миелоидных стволовых клеток CD34 (CD - кластер дифференцировки, т. е. группа дифференцировочных антигенов). Одновременно с ними в желточном мешке появляются биопотентные грануломоноцитарные клетки-предшественники, способные образовывать в условиях клеточных культур колонии из гранулоцитов и моноцитов, поэтому их называют КОЕ-ГМ. В эти же сроки развития эмбриона в желточном мешке также обнаружены эритроидные клетки-предшественники. По способности образовывать в культуре крупные эритроидные колонии из нескольких агрегатов - бурсты или просто эритроидные колонии - их называют соответственно бурстобразующими единицами эритропоэза (БОЕ-Э) и колониеобразующими единицами эрит-ропоэза (КОЕ-Э) (Migliaccio G., 1986; Приндулл Г, 1998). Активный гемопоэз в желточном мешке продолжается до 8-й недели и полностью заканчивается к 16-й неделе (Чертков И. Л. и др., 2002).

Эмбриональная печень, закладка которой происходит на 4-й неделе развития, становится главным местом гемопоэза. Это второй, печеночный, период кроветворения. Печеночная ткань представлена гепатоцитами - производными эндодермы и кроветворными клетками - производными мезодермы. К 30-му дню в эмбриональной печени определяются первые гемопоэтические клетки, несущие маркер ранних кроветворных клеток-предшественников -CD34. В эмбриональной печени гемопоэз в основном эритроидный, позже, в фетальной печени, усиливается миелоидный гемопоэз и количество гранулоцитов, макрофагов и мегакариоцитов возрастает (Балашова В. А, Абдулкадыров К. М., 1984). К 9-й неделе в печени плода наблюдается В-лимфопоэз (Tavian M. et al, 1999 a, *;.

Третий период кроветворения происходит в костном мозге, и его начало относится к 11-12-й неделе развития плода. Хрящевой скелет образуется уже у 6-8-недельного эмбриона. Костные рудименты окружаются сетью капилляров, клеток-предшественников остеобластов и макрофагов. Макрофаги быстро переваривают хрящ, оставляя небольшие островки хондроцитов, где при участии остеобластов начинается процесс костеобразования, и к 10-й неделе между костными трабекулами образуются большие сосудистые синусы и костномозговые полости (Charbord P. et al, 1996). К 11-й неделе в костном мозге начинается активный гемопоэз и количество эритроцитов и гранулоцитов быстро увеличивается. С этого времени костный мозг навсегда становится главным местом гемопоэза у человека.

Всю общность гемопоэтических клеток во взрослом организме весьма условно подразделяют на 5-6 этапов дифференцировки, границы которых размыты и которые содержат много переходных промежуточных форм (Чертков И. П. и др., 2002). В процессе этих дифференцировок происходит постепенное снижение пролиферативной активности клеток и их потентности, т. е. способности развиваться сначала во все кроветворные линии, а затем во все более ограниченное количество линий. В схеме (рис. 1) приведены последовательные этапы развития кроветворных клеток, начиная от тотипотентных стволовых клеток и заканчивая зрелыми элементами крови.

Пул поли- или мультипотентных СКК (II отдел) образуется из тотипотентной ЭСК, стоящей на самом верху этой иерархической лестницы (I отдел).

В эмбриональном периоде ЭСК экспрессируют гены, индуцирующие дифференцировку в направлении гемопоэза, что инициирует возникновение СКК и начало кроветворения. Количество СКК невелико - около 0,01% (Шкловская Е. В. и др., 1998), а вместе с потомками - клетками-предшественниками - около 0,05% (Weissman I. L. et al., 1997). Их морфологические характеристики не выяснены, однако предполагают, что они подобны лимфоцитам малого и среднего диаметра. Методы их исследования не морфологические, а функциональные, и информация о них получена экспериментальным путем. В отличие от тотипотентной клетки СКК не обладают неограниченным пролиферативным потенциалом и не являются бессмертными. Возможно, что нелимитированное самовозобновление и бессмертность СКК явились бы условием, угрожающим их жизни, так как подобные клетки скорее подвержены неоплазии (Ploemacher R. Е., 1999). В настоящее время доказана полипотентность данных клеток, способность развиваться во все 8 линий гемопоэза, а также способность к Ограниченному самоподдерживанию ранних СКК (Воробьев А. И. и др., 1985, 2002). Их саморепликация ограничена, как полагают, приблизительно 50 клеточными делениями (Vaziri H. et al., 1994), однако они поддерживают продукцию клеток крови в течение всей жизни индивидуума. Большая часть СКК находится в состоянии покоя, в глубоком резервс, обладая при этом огромным пролиферативным потенциалом (Чертков И. Л. и др., 2002; Ploemacher R. Е., 1999). Согласно характеристикам и свойствам этих клеток, полученным экспериментальным путем, гетерогенный пул СКК II отдела подразделяют на клетки, способные: .

репопулировать кроветворение смертельно облученных мышей длительно (в течение всей жизни) - КРКМ-Д или кратковременно - КРКМ-К;

формировать колонии в селезенке смертельно облученных мышей через 8 или 12 дней - колониеобразующие единицы селезенки - КОЕс-8 дн., КОЕс-12 дн.;

образовывать в длительной культуре через 5 недель на адгезивном слое так называемые области «булыжника» - очень плотно прилегающие друг к другу клетки бластного типа -КООБ-5 нед.

СКК, имплантированные в организм животных, демонстрируют клональный рост, т. е. формируют клоны-колонии, состоящие из однотипных клеток различных клеточных линий, или смешанные, что является доказательством их полипотентности (способности развиваться во все клеточные линии). Полипотентность СКК доказана также с помощью метода маркирования отдельных СКК чужеродным геном (Чертков И. Л., Дризе Н. И., 1996; Lemisch-ka I. R. et al, 1986; Keller G. et al., 1990). Перенос гена производится благодаря встраиванию в ДНК клетки специального ретровируса. Имплантированные в организм облученной мыши «меченные» таким образом СКК способны полностью репопулировать кроветворение животного, а донорские клетки обнаруживаются в различных участках его кроветворной системы.

Ранние CD38 СКК экспрессируют антиген CD34, который является их маркером, и рецепторы к фактору стволовой клетки (ФСК), фактору, подобному тирозинкиназе (ФЛТ 3-лиганд); рецептор к интерлейкину 6 (IL-6R); рецептор к CD45 (CD45R). Однако среди ранних СКК выделены клетки, не экспрессирующие CD34 - CD34 CD38CKK. Возможно, они являются предшественниками CD34XKK (Чертков И. Л., Дризе Н. И., 2001).

По мере снижения пролиферативного потенциала СКК дифференцируются в полиолигопотентные коммитированные клетки-предшественники (III отдел). (Коммитирование - от англ. commit -принятие на себя обязательств.) Клетки этого уровня имеют уже ограниченную потентность, так как коммитированы к дифференцировке в направлении лишь 2-5 гемопоэтических клеточных линий. В этот отдел включены клетки, способные образовывать в

ЭС - эмбриональная стволовая клетка; СКК -- стволовая кроветворная клетка; КРКМ-Д - клетка, репопулирующая костный мозг длительно; КРКМ-К - клетка, репопулирующая костный мозг кратковременно; КОЕс-12 дн. (8"дн.) - колониеобразующая единица селезенки, дающая колонии через 12 дней (8 дней): КООБ-э нед. - клетка, образующаяся в культуре области «булыжника» через 5 недель; КОЕ-Бл - колониеобразующая единица бластная; КОН-ВВП - колониеобразующая единица высокого пролиферативного потенциала; КОЕ-ГЭММ - колониеобразующая единица гранулоцитарная,-эритроцитарная, моноцитарная (макрофагальная), мегакариоцитарная; КОЕ-ГМ - колониеобразующая единица гранулоцитарно-моноцитарная (макрофагальная); КОЕ-Г - колониеобразующая единица гранулоцитарная; КОЕ-М - колониеобразующая единица моноцитарная (макрофагальная); КОЕ-Баз - колониеобразующая единица базофильная ц тучноклеточная; КО К-Эоз - колониеобразующая единица эозинофильная; КОЕ-Нейтр - колониеобразующая единица нейтрофильная; КОЕ-Э -- колониеобразующая единица эритроцитарная; КОЕ-Мгкц - колониеобразующая единица мегакариоцитар-ная; БОЕ-Э - бурстообразующая единица эритроцитарная; пре-Т - клетка-предшественник Т-лимфоцитов; пре-В - клетка-предшественник В-лимфоцитов культуре бластные колонии (КОЕ-Бл), клетки, дающие в культуре рост смешанных колоний, состоящих из гранулоцитов, эритроидных клеток, макрофагов, мегакариоцитов (КОЕ-ГЭММ), и 2-5-потентные КОЕ (в любом составе). КОЕ-ГЭММ являются общим предшественником миелопоэза. Они несут маркер CD34, а также маркер, специфичный для клеток миелоидной линии, - CD33 и детерминанты гистосовместимости - HLA-A, HLA-B, HLA-C и HLA-DR. Ранние эритроидные предшественники экспрессируют стволовоклеточный антиген CD34, ранний миелоидный CD33 и антигены HLA-DR. Поздние эритроидные предшественники несут на мембране рецепторы к эритропоэтину и трансферрину и специфический маркер гликофорин А. Их способность образовывать колонии в полутвердых и вязких культуральных средах под влиянием колониестимулирующих факторов (КСФ) позволила доказать их существование и способность данных клеток к клональному росту.

Клетки IV отдела - коммитированные предшественники отдельных клеточных линий являются моноолигопотентными. Они коммитированы в направлении 1-2-й клеточных линий. Среди них находятся: КОЕ-Г - клетка-предшественник нейтрофилов, эозинофилов, базофилов; КОЕ-Мгкц - предшественники мегакариоцитов; БОЕ-Э и КОЕ-Э - предшественники эритроидных клеток; КОЕ-Баз - предшественник базофилов; КОЕ-М -предшественник моноцитов и макрофагов; КОЕ-ГМ - общий предшественник гранулоцитов и макрофагов; КОЕ-Эоз - предшественник эозинофилов; КОЕ-Нейтр - предшественник нейтрофилов; предшественники Т- и В-лимфоцитов - пре-Т и пре-В клетки. КОЕ-ГМ экспрессируют CD34, CD33, HLA-DR и антиген более зрелых миелоидных клеток - CD 13, по мере созревания которых на мембране унипотентных моноцитарных и гранулоцитарных КОЕ появляются новые маркеры, но они утрачивают антиген CD34. Близость путей дифференцировки эритроидных и мегакариоцитарных предшественников, существование бипотентных бурстобразугощих единиц эритро-мегакариоцитопоэза (БОЕ-ЭМгкц), выделенных из фракции CD34+CD38* клеток, доказаны цитогенетически (McLeod D. L. et al., 1980) и методом клеточных культур, где общий предшественник этих двух линий требует для пролиферации комбинации фактора стволовой клетки (ФСК), интерлейкина-3 (ИЛ-3) и эритро-поэтина (ЭРП) (Hunt P., 1995; Debili N. et. al., 1996).

V отдел морфологически узнаваемых клеток включает дифференцирующиеся, созревающие и зрелые клетки всех 8 клеточных линий, начиная с бластов. Морфоцитохимическая характеристика в световом микроскопе позволяет идентифицировать большинство бластных клеток этого уровня. Таким образом, собственно стволовыми кроветворными могут быть названы только клетки I отдела и ограниченно - II отдела, длительно репопулирующие костный мозг, или СКК, получаемые в длительных культурах на стромальной подложке - LTCIC (Longterm Culture Initial Cells - клетки, инициирующие длительную культуру), обладающие, как известно, высокой способностью к самоподдержанию. Эти СКК не несут ли-иешгоспецифических маркеров и дают рост всем линиям гемопоэ-тических клеток (Weissman 1. L. et al, 1997). В норме они находятся в состоянии глубокого покоя (Laitha L. G., 1963; Ladd А С. et al., 1997; Traycoff С. М. et al., 1998).

Известно, что отдел стволовых кроветворных клеток представляет из себя пул клеток с различной потентностью и пролиферативным потенциалом. Истинные стволовые кроветворные клетки, единые для всех кроветворных линий, существование которых гениально предсказал Maximov А. А. (1909), располагаются, возможно, в отделе мезенхимальных клеток, или гемангиобластов (Чертков И. Л., Дризе Н. И, 2001).

Изучение СКК сопряжено с решением многих проблем, связанных с трудностью их выделения, расшифровки механизмов регуляции на клеточном и молекулярном уровне, направляющих клетку на путь самоподдержания или дифференцировки. Знание этих механизмов имеет большое значение для понимания патогенеза лейкозов.

В последние годы широко обсуждается вопрос о способности СКК к дедифференцировке и трансдифференцировке, о так называемой пластичности СКК. Под пластичностью СКК понимают способность развиваться в другие типы клеток, не свойственные им в норме. Трансдифференцировка СКК предполагает перепрограммирование ее генома, что позволило бы ей проявить истинную мультипотентность, если не тотипотентность.

Недавние исследования поколебали представление об СКК как о клетках, потенциал которых ограничивается лишь дифференцировкой в клетки крови, т. е. гемопоэтической специализацией. Пластичность СКК внутри гемопоэтической системы давно доказана. Однако множество работ сообщают о том, что любой тип тканей взрослого организма имеет свои стволовые клетки, способные при трансплантации репопулировать гемопоэтическую систему. Появилось большое количество сообщений о способности СКК при определенных условиях развиваться в клетки неродственных тканей.

клетки ЖКТ (Okada Т. S., 1991; Shi Q. et a]., 1998; Krause D. S. et al., 2001; Kornblung M. et al, 2002). E. Lagasse и соавторы (2000) показали в экспериментах на мышах трансформацию СКК в гепатоциты. Т. R. Brazelton с соавторами (2000) и Е. Mezey с соавторами (2000) сообщили о трансформации СКК мышей в нейроны головного мозга и способности СКК преодолевать барьер между кровью и головным мозгом. По данным К. A. Jackson и соавторов (1999) и С. R. Bjornson и соавторов (1999), стволовые мышечные или нейральные клетки способны мигрировать в костный мозг и производить там клетки крови. Slack I. M. W., Tosh D. (2001), Tosh D., Slack I. M. W. (2002) в экспериментах на животных показали, что взрослые стволовые клетки способны продуцировать дифференцированные клетки из неродственных тканей. По их мнению, подобная метаплазия показывает, что обязательства, взятые на себя клеткой в период эмбриогенеза, могут быть полностью отменены. В работах D. Orlik и соавторов (2001) и К. A.Jackson и соавторов (2001) было показано, что клетки донорского костного мозга трансформировались в клетки миокарда и сосудов у мыши с экспериментальным инфарктом.

В то же время существует очень много критических замечаний по поводу заявлений о возможности трансдифференцировки клеток взрослого организма (Дыбан А П., Дыбан П. А, 2002; Morrison S. I., 2001; Abkowitz I. L, 2002; Orkin S. H, Zon L. I., 2002). Учитывая, что гепатоциты, эпителий кишечника и клетки крови происходят из разных зародышевых листков, выводы о возможности их трансдифференцировки в клетки других тканей вызывают много вопросов. Действительно ли тогда специализированные ткани происходят из соответствующих специальных листков? Ведь этот факт всегда был главным принципом, догмой эмбриологии.

Однако то, что негемопоэтические клетки могут быть получены из клеток костного мозга, еще не доказывает, что они происходят из СКК. Причиной может быть то, что обогащенная стволовыми кроветворными клетками клеточная взвесь, используемая для трансплантации, может содержать как гемопоэтические предшественники, так и прекурсоры, коммитированные в направлении других негемопоэтических линий. Доказано, что костный мозг содержит мезенхимальные, эндотелиальные клетки, способные развиваться в различные негемопоэтические ткани - остеокласты, хондроциты, адипоциты, эндотелий (Сухих Г. Т. и др., 2002). Очевидно, что костный мозг может также содержать различные эндодермальные предшественники, способные развиваться в клеточные компоненты пищеварительной системы, а их физические и фенотипические свойства могут способствовать их попаданию в обогащенную популяцию СКК (Dorshkind К., 2002). Кроме того, полагают, что СКК могут находиться в покоящемся состоянии не только в костном мозге, но и в других негемопоэтических тканях (Kawada H., Ogawa ML , 2001; Lewis R, 2002). Terada N. и соавторы (2002) и Ying Q. L. с соавторами (2002) показали в эксперименте, что происходит не трансдифференцировка, а слияние клеток донора и реципиента, в результате чего клетки реципиента приобретают донорский фенотип. К тому же, существование во взрослом организме тотипотентных эмбриональных клеток, а также плюрипотентных мезенхимальных стволовых клеток многими исследователями уже не подвергается сомнению (Weissinan I. L, 2000; Сухих Г. Т. и др., 2002). Авторы полагают, что эти клетки способны, по-видимому, покидать зоны своего распределения и мигрировать, циркулируя в кровотоке. Источником ЭСК в экспериментальных условиях является внутренняя клеточная масса (ВКМ) in vitro фертилизированной человеческой бластоцисты (Schuldiner M. et al., 2000). ЭСК имеют также и гемопоэтический потенциал. Они персистируют в организме, очевидно, в очень небольших количествах и пребывают в состоянии глубокого покоя. ЭСК взрослого организма могут быть коммитированы к образованию эндо-, мезо- или эктодермы и могут либо циркулировать в крови, либо оставаться в тканях, в том числе и в костном мозге. Под влиянием сигналов микроокружения их потенциал может быть реализован (Gussoni E. et al., 1999; Lagasse E. et al., 2000; Krause D. S. et al., 2001; Dorshkind K, 2002). Тотипотентность ЭСК, имеющих неограниченный потенциал, обеспечивается выключением программы специализации клеточных линий. Если тотипотентную клетку удастся выделить из тканей, то окажется, что отвергать концепцию эмбриогенеза о зародышевых листках преждевременно (Dorshkind К, 2002). В настоящее время обсуждают роль микроокружения тотипотентных клеток, способного сыграть решающую роль в их судьбе. С одной стороны, индуцирующие сигналы могут вызвать экспрессию определенных генов и дифференцировку ЭСК в направлении этой ткани. Так, в костном мозге эти клетки могут быть стимулированы к развитию в СКК, чей потенциал ограничен клетками крови. С другой стороны, микроокружение может ингибировать другие программы развития ЭСК, к которым она потенциально способна, и если эти негативные сигналы ослабеют, то в ткани могут появиться клетки, не характерные для нее. Это скорее объяснило бы метаплазию в тканях, чем возможность трансдифференцировки стволовых клеток. Решение этих вопросов нуждается в дальнейших исследованиях.

Конечной целью процесса кроветворения является образование зрелых, функционально полноценных клеток крови - лейкоцитов, эритроцитов и тромбоцитов.

Гемопоэз - очень динамичная, четко сбалансированная и непрерывно обновляющаяся система. В постнатальном периоде он происходит в плоских костях скелета, а также в позвонках, проксимальных отделах бедренных и плечевых костей, лимфоузлах, селезенке, тимусе. Ежесуточно в организме человека весом около 70 кг вырабатывается более 300 миллиардов клеток: 20 х 10" - эритроцитов, 45 х 10" - нейтрофилов; 109 - моноцитов, 175 х 109 - тромбоцитов (DanceyJ. Т. et al, 1976; Erslev A. I., 1983; Огава М„ 1990). В течение жизни у человека в среднем вырабатывается приблизительно 460 кг эритроцитов, 5400 кг гранулоцитов, 40 кг тромбоцитов, 275 кг лимфоцитов; всего - 5-6 т. Это обеспечивается за счет пролиферации и дифференцировки СКК и их коммитированных потомков. В крови взрослого человека в каждый данный момент находится около 25 х 10¹² эритроцитов, 15 х 10^й тромбоцитов и 3 х 10⁹ лейкоцитов. Более 300 млн клеток производится в каждую минуту жизни человека (Чертков И. Л., Дризе Н. И., 2002). Кроветворный красный костный мозг располагается среди элементов кости и стромы, образующих его микроокружение. Кость, ее балки и трабекулы образуют главную опорную структуру, ограничивающую зоны кроветворения. Клеточными элементами костной ткани являются остеобласты, остеокласты и остеоциты. Строма, или подстилка из клеток, является производной мезенхимы и состоит из большого количества высокоспециализированных клеток - адипоцитов, фибробластов, эпителиальных, адвентициальных, эндотелиальных, ретикулярных клеток. Строму также образуют кровеносные сосуды, нервные окончания и макрофаги. Производным стромы является внеклеточный матрикс, включающий коллагено-вые и ретикулиновые волокна и серию нерастворимых белков-фибронектин, ламинин, тромбоспонин, тенасцин, гликозаминогликаны и др. Гемопоэтические клетки находятся в тесном контакте с клетками стромы. Адгезивное межмембранное взаимодействие клеток стромы и гемопоэтических клеток обеспечивает передачу регулярных сигналов и необходимых клетке веществ. В этом процессе большую роль играют молекулы клеточной адгезии, относящиеся к мембраносвязанному классу регуляторов гемоноэза (Ploernacher R, 1999) и являющиеся производными клеток стромы. Главный маркер СКК - CD34 также является молекулой клеточной адгезии и поэтому участвует в адгезии СКК со стромальными клетками костного мозга. В костном мозге находятся СКК и все их потомство, в том числе ранние предшественники лимфопоэза. Окончательная дифференцировка В-лимфоцитов завершается в лимфоузлах, селезенке и Пейеровых бляшках. Специализация и дифференцировка Т-лимфоцитов осуществляется в вилочковой железе.

Процесс кроветворения в костном мозге схематично можно представить следующим образом: костные трабекулы, клетки стремы и прежде всего фибробласты, эндотелиальные и адвентициальные клетки образуют в костях полости, ниши или синусоиды, в которых в виде гроздьев размещаются кроветворные клетки (Натан Д. Г., Зифф К. А, 1994; Spardling A. et al, 2001). Это отдельные клоны, содержащие клетки различной степени зрелости. Полагают, что СКК и их потомство находятся в кроветворных зонах преимущественного расположения миелоидных или эритроидных клеток (Фриденштейн А Я., Лурия Е. А, 1980; Wolf N. S., 1978; Трентин Д. Д., 1982). Ниши не омываются кровью, и система полностью замкнута. Ниши являются смежными с венозными синусами, у них общие стенки, выстланные со стороны венозного синуса эндотелием, а со стороны гемопоэтических ниш - адипоцитами, клетками адвентиция, между которыми находится базальная мембрана. Созревшие клетки должны преодолеть этот барьер в виде стенки, чтобы оказаться в венозном синусе, а затем в кровотоке. Показано, что в определенных нишах находятся клетки различных кроветворных ростков, а на границах ниш кроветворение смешанное. Способность гемопоэтических клеток распознавать соответствующие клетки стромы и размещаться в своих определенных зонах называется хомингом.

Созревая, клетка продвигается ближе к стенке венозного синуса. Теперь она должна протиснуться между слоями клеток стенки. Для этого в цитоплазме эндотелиальных клеток находятся отверстия в 1-2 мкм, через которые клетки могут проходить, если обладают достаточной эластичностью. Клетки с поврежденными или потерявшими эластичность мембранами не могут пройти через отверстия и расщелины в стенке и гибнут. В прохождении нормобластов через стенку принимают участие макрофаги, освобождающие нормоцит от ядра. Мегакариоциты плотно прижаты к промежуткам между клетками стенок, их цитоплазма в виде отростков выпячивается в эти трансмуральные отверстия и отделяет в просвет венозного синуса тромбоциты (Натан Д. Г., Зифф К. А, 1994). Иногда созревшие клетки могут проходить непосредственно через мегакариоциты. Это явление, называемое эмпериополезисом, опосредовано способностью мегакариоцитов к эндоцитозу - захвату других гемопоэтических клеток. В норме только зрелые, функционально полноценные клетки крови проходят через барьер и попадают в кровеносное русло. Способность зрелых клеток покидать нишу и перемещаться в направлении стенки венозного синуса называется хемотаксисом. Этот процесс опосредован влиянием на клетку специальных веществ - хемоаттрактантов, продуцируемых пристеночными клетками.

Регуляция гемопоэза

Процессы регуляции кроветворения до сих пор изучены недостаточно. «...Мы по-прежнему не понимаем, как регулируется сложный процесс вступления стволовой клетки в цикл и выбор ею направления дифференцировки» (Чертков И. Л. и др., 2002). Необходимость непрерывно поддерживать гемопоэз, адекватно отвечать на все запросы организма, удовлетворяя его потребности в различных специализированных клетках, обеспечивать постоянство и равновесие внутренней среды - гомеостазис - все это предполагает существование сложных и тонких регуляторных механизмов, действующих по принципу обратной связи. В первую очередь таким регулятором являются сами СКК и их коммитированные потомки, обеспечивающие поликлональный гемопоэз, а также индуцирующее гемопоэз микроокружение (ИГМ). Микроокружение играет огромную роль в регуляции гемопоэза. Клетки стромы, наряду с гемопоэтическими и некоторыми соматическими клетками, а также молекулами экстрацеллюлярного матрикса продуцируют регулирующие гемопоэз факторы - цитокины. Особая роль принадлежит классу мембраносвязанных глюкозаминогликанов. Гемопоэз инициируется этими факторами и непрерывно поддерживается благодаря пулу СКК. Как уже упоминалось, пул СКК мал и, так как он находится у истоков гемопоэза, бесценен для организма, и поэтому должны быть механизмы, защищающие его от истощения. СКК покоятся в специальных нишах и почти не отвечают на сигналы, запросы организма, на гуморальные факторы регуляции (Laitha L. G., 1979). Полагают, что их количество регулируется стохастически, т. е. случайно. Регуляция пула СКК осуществляется в соответствии с некой генетически обусловленной случайной вероятностью пролиферации и дифференциации, как бы заданной периодичностью этих процессов (Чертков И. Л., Гуревич О. А, 1984; Афанасьев Б. В., Алмазов В. А, 1985; Гольдберг Е. Д. и др., 2000; Laitha L. G., 1963; Nakahata et al, 1982; Mctcalf D., 1984; Ora-ваМ., 1990).

Стволовые кроветворные клетки стромозависимы и воспринимают короткодистантные регуляторные стимулы, получаемые ими при тесном межклеточном контакте с клетками стромального окружения. Однако существуют основания полагать, что регуляция СКК не ограничена влиянием только корохкодистантных стимулов и что факторы ИГМ влияют на СКК, находящиеся в кроветворных зонах преимущественного расположения миелоидных и эритроидных предшественников (Фриденштейн А. Я., Лурия Е. А, 1980; Wolf N. С, 1978; Трентин Д. Д., 1982). По мере дифференциации клетка начинает отвечать на дальнедействующие гуморальные стимулы. Эндогенная регуляция всех звеньев гемопоэза осуществляется цитокинами, которые инициируют клеточную пролиферацию, дифференциацию, воспаление, иммунный ответ, апоптоз. Влияние цитокинов осуществляется через рецепторы на клеточной мембране, которые проводят сигнал в клеточное ядро, где происходит активация соответствующих генов. Цитокины включают в себя интерлейкины, имеющие цифровые обозначения (ИЛ-1, ИЛ-2 и т. д.), и ростовые факторы, включая колониестимулирующие факторы (КСФ) с буквенными обозначениями. Основными продуцентами цнтокинов являются моноциты, макрофаги, Т-лимфоциты и стромальные элементы - фибробласты, эндотелиальные клетки и др. (Лурия Е. А, Фриденштейн М. Я., 1981; Теста Н., 1991).

Стволовые кроветворные клетки самообновляются медленно и при готовности к дифференцировке (процесс коммитирования) выходят из состояния покоя (С₍₁-фаза клеточного цикла) и становятся коммитированными. Это значит, что процесс стал необратимым и такие рестриктированные клетки, управляемые соответствующими цитокинами, пройдут все стадии развития вплоть до конечных зрелых элементов крови, т.е. «погибнут через дифференцировку» (Till J. E, McCulloch Е. А, 1961). Стволовые кроветворные клетки способны дифференцироваться в одном из трех главных направлений гемопоэза: миелоидном, В- и Т-лимфоцнтарном. Факторы регуляции гемопоэза подразделяют на близкодистантные (для СКК) и дальнедействующие гуморальные ростовые факторы для коммитированных предшественников и других дифференцирующихся и созревающих клеток. В зависимости от уровня развития клетки факторы регуляции делятся на 3 основных класса.

1. Факторы, влияющие на ранние СКК. К ним относятся: фактор стволовой клетки (ФСК, или фактор Стила), ФЛТ 3-лиганд, колониестимулирующий фактор для гранулоцитопоэза - Г-КСФ, ИЛ-6, ИЛ-11, ИЛ-12, а также ингибиторы, которые тормозят выход СКК в клеточный цикл из состояния покоя, - воспалительный белок макрофагов (М1Р-1а, ф), трансформирующий рост фактор (TGF-(3), фактор некроза опухоли (ФНО), кислые изоферритины и др. Фактор стволовой клетки экспрессируется фибробластами и эндотелиальными клетками стромы. Он действует на СКК непосредственно, инициируя их вхождение в клеточный цикл, или влияет на клетку как костимулятор других цитокинов, например ИЛ-3, являясь синергическим цитокином (Bernstein I. D. et al, 1991). Эта фаза регуляции СКК не зависит от запросов организма.

Срсднедействующие линейно неспецифические факторы: ИЛ-3, ИЛ-4, ГМ-КСФ (КСФ для грануломоноцитопоэза).

Позднедействующие линейно специфические факторы, которые поддерживают пролиферацию и созревание коммитированных предшественников и их потомков. Они включают: для эритроидной серии клеток - гормон эритропоэтин (ЭРП), для мегакариоцитов - гормон тромбопоэтин, а также ИЛ-5, М-КСФ и Г-КСФ (Чертков И. Л. и др., 2002: Огава М., 1990; Натан Н., Зифф К, 1994).

Эритроидные предшественники отличаются по чувствительности к ЭРП, которая возрастает по мере их созревания. Ранние эритроидные прекурсоры (БОЕ-Э) для своего развития нуждаются в специфическом стимуляторе роста - бурстстимулирующей активности (БСА). Наибольшей чувствительностью к ЭРП обладают КОЕ-Э. Присутствие этого гормона также требуется при развитии эритробластов. иначе клетка погибнет.

Ингибиторы гемопоэза являются плеотропными факторами, которые могут оказывать как стимуляторное, так и ингибиторное влияние на различные клетки. Например, TGF-P, стимулирует предшественников миелопоэза - поздние КОЕ-ГМ и в то же время прямо ингибирует все виды ранних гемопоэтических предшественников (Axelrad А А., 1990; Ploemacher R. E. et al., 1993). Для взаимодействия клеток со стимуляторами и ингибиторами роста необходима локальная презентация этих факторов. Вероятно, контакты клетка-клетка, клетка-экстрацеллюлярный матрикс опосредованы молекулами адгезии. Кроме этих факторов предположительно существуют и другие, более интимные уровни регуляции СКК, включающие соединение внутриклеточных образований смежных клеток через места соединения - лакуны, окна.

К регуляторам гемопоэза относятся также некоторые интерфероны и ядерные белки, например семейства GATA Стимуляторы и ингибиторы действуют одновременно, одни и те же клетки вырабатывают как позитивные, так и негативные регуляторы, и этот синергизм определяет понятие «цитокинового каскада». Фаза регуляции гемотюэза средне- и позднедействующими цитокинами является чувствительной к запросам организма. Благодаря влиянию этих факторов костный мозг способен быстро обеспечить потребности организма в специализированных клетках.

На смену представлению о бессмертии СКК и их неограниченном самоподдержании (способности к неограниченному количеству делений без снижения пролиферативного потенциала и воспроизведению абсолютно идентичных дочерних клеток) пришло понятие клональной сукцессии, смене клонов СКК в течение жизни организма. В 1965 г. Н. Е. М. Кау и соавторы предложили гипотезу о поочередном участии клонов СКК в гемопоэзе. Клоновая (каскадная) теория получила экспериментальное подтверждение и сегодня имеет много последователей (Чертков И. Л., Дризе Н. И., 1996; Огава М., 1990). Было доказано, что на протяжении жизни индивидуума в организме существуют десятки одновременно функционирующих небольших короткоживущих клонов, состав которых меняется в течение 1-4 месяцев, а исчезнувшие клоны никогда больше не появляются. Авторы показали, что различные зоны и органы кроветворной системы заселены разными локально расположенными клонами, где СКК и совершают свой жизненный цикл. Существуют СКК как глубокого, так и быстромобилизуемого резерва. Клетки последнего могут возвращаться в состояние покоя после 1-3 делений. Эти СКК, имеющие уже дифференцировочные маркеры, способны быстро отвечать на запрос организма. Согласно И. Л. Черткову и Н. И. Дризе СКК закладываются только в эмбриогенезе и затем экономно расходуются в течение жизни, образуя короткоживущие, сменяющие друг друга клоны. Следовательно, система структурирована таким образом, что, несмотря на отсутствие непрерывного самоподдержания индивидуальных СКК, имеет место самоподдержание всей популяции стволовых клеток в целом за счет непрерывно сменяющихся клонов.

Еще одним регулятором гемопоэза является апоптоз - запрограммированная клеточная смерть или генетически обусловленная программа самоубийства. Понятие «апоптоз» было введено J. F. R. Кегг с соавторами в 1972 г. Учитывая, какое огромное количество клеток крови вырабатывается в организме взрослого человека (более 300 г в сутки и около 5-7 т в течение жизни), очевидно, что для поддержания гомеостаза и сохранения клеточного баланса должен существовать механизм удаления избыточных клеток. Этим механизмом является апоптоз, и основной закон клеточной кинетики состоит в том, что в единицу времени рождается и умирает одно и то же количество клеток (Владимирская Е. Б. и др., 1997). Апоптоз необходим для элиминации поврежденных, старых и избыточных или потенциально опасных клеток. В организме происходит дифференцировка и активация большого числа лимфоцитов, и только часть их в результате селекции отбирается для выживания. Лимфоциты, не получившие сигналы выживания, погибают, при этом апоптозу подвергается 75% В-клеток-предшественников и 95% Т-клеток-предшествен-ников (Фрейндлин И. С, Тотолян А. А, 2001). В норме апоптоз, в отличие от некроза, не представляет собою патологическую форму смерти клеток, и удаление умирающих клеток происходит без развития воспаления.

Апоптоз - это контролируемое самоперевариванис. в процессе которого клетка сморщивается, происходит конденсация и фрагментация ее ядра, разрушение цитоскелета. Фрагменты апоптической клетки поглощаются фагоцитами. Программа самоуничтожения клетки, для включения которой существуют внутренние и внешние сигналы, уравновешивается программой ее блокирования. Рецептор, воспринимающий сигнал клеточной смерти, называется АРО-1, или FAS, или CD95 (Nagata S., 1998). Апоптоз регулируется онкогеном р53 и семейством онкогенов BCL-2, причем ген р53 индуцирует апоптоз, a BCL-2 и BCL-X его блокируют. Недавние работы показали, что митохондрии, семейство генов BCL-2 и клеточные белки семейства ICE (IL-1-converting enzime) взаимодействуют внутри клетки в регуляции апоптоза. Так, большая часть противоопухолевой терапии, такая как химиотерапия, облучение, опосредуют клеточную смерть через активацию белков ICE (Debatin K.-M., 1999). Эти механизмы еще недостаточно ясны, но нарушение взаимодействия апоптоз-ингибиция апоптоза может привести к развитию тяжелых заболеваний. В результате мутации гена р53 клетка теряет способность к апоптозу и могут возникнуть опухоль (рак, лейкоз) или аутоиммунные заболевания (системная красная волчанка,-гломерулонефрит) (Thompson С. В., 1995). Повышенное саморазрушение клеток лежит в основе патогенеза таких заболеваний, как апластическая анемия, миелодиспластический синдром, СПИД, болезни Альцгеймера и Паркинсона (Барышников А. Ю., 2001; Maciejewski J. P. et al, 1995; Gersuk G. M. et al., 1996). Причиной возникновения опухоли может быть снижение противоопухолевого иммунного надзора вследствие усиления апоптоза иммунокомпетентных клеток. В здоровом организме эти процессы уравновешены и апоптоз является важным физиологическим регулятором гемопоэза.

Номенклатура клеток костного мозга и крови

Костный мозг включает кроветворную ткань (паренхима - красный костный мозг) и клетки стромального микроокружения. Клетки стромы костного мозга представлены большим количеством высокоспециализированных элементов, принимающих прямое участие в регуляции гемопоэза. К ним относятся фибробласты, адипоциты (жировые клетки), эндотелиальные, эпителиальные, адвентициальные клетки. Среди клеток микроокружения кроветворной ткани обычно рассматривают и такие, как остеокласты, мастоциты, макрофаги, хотя они являются дериватами кроветворных клеток. К клеткам микроокружения относятся остеобласты, участвующие в образовании кости. Жизненный цикл пролиферирующих. дифференцирующихся и созревающих кроветворных клеток совершается в костном мозге, подчиняясь сложным законам регуляции, опосредованным множеством взаимодействующих факторов, способных обеспечивать интерактивные связи клетки и ее микроокружения. К этим факторам относятся многочисленные цитокины, включающие ростовые стимулирующие факторы и ингибиторы роста, различные интерлейкины, а также интерфероны, ядерные белки, факторы внеклеточного матрикса, молекулы адгезии, гормоны, белки, контролирующие апоптоз, и др. Данные факторы действуют на кроветворные клетки, направляя их к пролиферации или дифференцировке, и многие из них продолжают оказывать свое влияние на клетки, циркулирующие и находящиеся в тканях.

Отдел морфологически узнаваемых клеток включает бластные клетки-предшественники зрелых клеток всех клеточных линий, которые, пройдя заключительные этапы дифференцировки, через несколько промежуточных стадий развития превращаются в зрелые клетки, готовые выполнять свои функции.

Первой морфологически распознаваемой клеткой нейтрофильного ряда в костном мозге является миелобласт. Его пролиферация и дифференциация под влиянием позднедействующих регуляторных факторов приводит последовательно к образованию нейтрофильного промиелоцита, миелоцита, метамиелоцита, палочкоядерного и сегментоядерного нейтрофилов.

Процесс дифференциации и созревания эозинофилов и базофилов происходит аналогично таковому у клеток нейтрофильного ряда: эозинофильный и базофильный бласты, промиелоциты, миелоциты, метамиелоциты и, наконец, палочко- и сегментоядерные эозинофилы и базофилы.

Монобласт является предшественником линии морфологически идентифицируемых моноцитарных клеток. Его дифференцировка и созревание приводят к образованию промоноцита, затем моноцита. Моноциты после циркуляции в периферической крови поступают в ткани, где превращаются в макрофаги.

В отделе морфологически распознаваемых клеточных элементов идентификация клеток эритроидной линии становится возможной начиная с эритробласта (проэритробласта). Последующая эритроидная дифференцировка приводит к образованию базофильного нормобласта (нормоцита), затем, по мере гемоглобинизации клетки, полихроматофильного и оксифильного нормобласта (нормоцита) - последней ядросодержащей клетки эритроидной линии. После энуклеации оксифильного нормобласта образуется ретикулоцит и наконец зрелый эритроцит.

Морфологическое распознавание клеток мегакариоцитарного ряда в костном мозге начинается с мегакариобласта. В результате эндомитоза и полиплоидизации мегакариобласт превращается в промегакариоцит, базофильный, полихроматофильный и оксифильный мегакариоциты. Эффекторными клетками мегакариоцитарного ряда являются тромбоциты, главным продуцентом которых служит полихроматофильный мегакариоцит.

Лимфобласты - клетки-предшественники Т- и В-лимфоцитов в составе V отдела кроветворных клеток - подразделяются на Т-лимфобласты и В-лимфобласты, количество которых в костном мозге слишком мало, а морфологические характеристики недостаточно убедительны для их распознавания.

Следующими за лимфобластами клетками этого ряда идут Т- и В-пролимфоциты, которые созревают в зрелые Т- и В-лимфоциты. Жизненный цикл этих клеток после костного мозга проходит в основном в лимфоидных органах, куда они поступают после циркуляции в крови.

Продолжением В-лимфоцитарной серии клеток является линия плазматических клеток, которые берут свое начало от В-иммунобласта - активированного антигеном В-лимфоцита. В этом ряду самой молодой клеткой является плазмобласт, который созревает в проплазмоцит и плазмоцит - клетку иммунного ответа, продуцирующую антитела. Конечные стадии дифференциации и созревания клеток всех 8 клеточных линий преодолевают костномозговой барьер и поступают в кровеносное русло. Вместе с жидкой частью (плазмой) клетки, именуемые форменными элементами, образуют периферическую кровь.

Огромный пул циркулирующих и функционирующих в тканях кровяных клеток представляет собою чрезвычайно гетерогенный состав. Это объясняется очень тонкой дальнейшей специализацией клеток и нахождением их в различных зонах распределения и влияния.

Клетки так называемой белой крови - лейкоциты - включают палочкоядерные и сстментоядерные нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, моноциты, лимфоциты и плазматические клетки. Клетки красной крови представлены ретикулоцитами и эритроцитами. Еще одна категория клеток - кровяные пластинки, или тромбоциты. Непрерывное поступление этих клеток из костного мозга и естественная адекватная убыль обеспечивают постоянство и равновесие клеточного состава крови.

Использованная литература

1. Гематология: Новейший справочник / Под общ. ред. К.М. Абдулкадырова. - М.: Из-во Эксмо; СПб.: Изд-во Сова, 2004. - 928 с, илл.