Модель гемопоэза стволовых клеток

Стволовая клетка дает начало клеткам крови всех других типов. Популяция стволовых клеток малочисленна, и их морфологические особенности не идентифицированы. Во многом существование стволовых клеток доказано в функциональных исследованиях, показавших способность одиночных клеток генерировать несколько ростков кроветворения. Таким образом, стволовые клетки в настоящее время определены не морфологически, а функционально. Точное их количество неизвестно, поскольку нет единого мнения о том, что считать стволовой клеткой. Предполагают, что стволовые клетки встречаются с частотой 1 на 1 млн ядросодержащих костномозговых клеток человека; по более сдержанным оценкам эта доля составляет 1 на 10 млн.

Для продукции огромного числа гемопоэтических клеток необходимо, чтобы примерно через день в течение всей жизни костный мозг воспроизводил необходимое количество миелокариоцитов; для этого он должен обладать клетками, которые могут генерировать зрелые клетки непрерывно в больших количествах (т. е. без потери этой способности). Способность к самообновлению является ключевой в концепции стволовой клетки. В настоящее время имеются две теории механизма самообновления. Согласно первой, деление стволовой клетки асимметрично: из двух произведенных стволовых клеток одна — недифференцированная, другая — дифференцированная, предназначенная продуцировать зрелые клетки крови. В соответствии со второй теорией, стволовая клетка при каждом делении производит или две новые стволовые клетки, или две более зрелые клетки. Пул стволовых клеток, таким образом, поддерживается не точным асимметричным делением каждой стволовой клетки, а равновесием между числом делений, увеличивающих количество стволовых клеток, и делений, связанных с появлением более зрелых клеток.

В момент, когда стволовая клетка оставляет самообновляющийся пул, чтобы пополнить дифференцирующийся пул, морфологически она по-прежнему выглядит как примитивная бластная клетка и сохраняет способность производить клетки всех линий. С каждым последующим делением дочерние клетки-предшественники становятся все более ограниченными в их способности к продукции клеток крови разных линий. Если изолировать клетки-предшественники и разрешить им размножаться и дифференцироваться, они будут генерировать клетки, которые в совокупности принадлежат только к одной или нескольким линиям (росткам гемопоэза). Более дифференцированные клетки-предшественники производят меньшее количество клеточных линий с меньшим количеством образующихся клеток. Эти концепции, подтвержденные результатами проводимых в течение нескольких десятилетий экспериментов in vivo и in vitro, легли в основу существующей иерархической модели гемопоэза стволовых клеток.

Гемопоэтическое микроокружение. Стволовые клетки, если их поместить в простую питательную среду, погибнут без дифференцировки или деления. Чтобы поддерживать процесс гемопоэтического самообновления и дифференцировки, стволовые клетки и их потомство должны находиться в непосредственной близости от негемопоэтических мезенхимных клеток, называемых стромальными клетками. Эта гетерогенная группа состоит из фибробластов, эндотелиальных клеток, остеобластов и адипоцитов, располагающихся на эндостальной поверхности в костномозговой полости. Гемопоэтические клетки нуждаются в двух тесно связанных между собой элементах — в растворимых гемопоэтических факторах роста и мембраносвязанных молекулах присоединения (прикрепления). И тем и другим их обеспечивают стромальные клетки.

Гемопоэтические факторы роста (ГФР), или колониестимулирующие факторы (КСФ), являются классом гликопротеиновых гормонов, которые необходимы для регуляции деления и дифференцировки гемопоэтических клеток. Эти гормоны требуются для выживания, пролиферации, дифференцировки и функционирования всех гемопоэтических клеток. Хотя первоначально они были обнаружены как спонтанно секретируемые продукты Т-клеточных опухолей, теперь очевидно, что эти гормоны продуцируются в основном стромальными клетками костного мозга, а также Т-лимфоцитами и моноцитами.

КСФ нарабатывают в двухэтапном процессе. Во-первых, малые количества определенных КСФ (интерлейкин-6 [ИЛ-6], гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор [ГМ-КСФ], фактор стволовых клеток [ФСК] и Flt-3 [Flt-3L]-лиганд) непрерывно продуцируются стромальными клетками костного мозга, вероятно, в ответ на стимуляцию белками плазмы, тем самым определяя основной гемопоэз, который поддерживает количество клеток крови в нормальном диапазоне.

Во-вторых, секреция КСФ значительно возрастает в ответ на инфекцию. Бактериальные и вирусные продукты активируют моноциты, которые затем секретируют интерлейкин-1 (ИЛ-1), фактор некроза опухоли-альфа (ФНО-а), гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (Г-КСФ) и собственный макрофагальный колониестимулирующий фактор (М-КСФ). Эти продукты в свою очередь стимулируют дополнительную секрецию КСФ. ИЛ-1, помимо антигенной стимуляции специфических рецепторов активирует секрецию ГМ-КСФ и интерлейкина-3 (ИЛ-3) Т-клетки. ИЛ-1 и ФНО-а стимулируют фибробласты и эндотелиальные клетки стромального микроокружения костного мозга к увеличению секреции ими ИЛ-6 и ГМ-КСФ, а также к секреции больших количеств Г-КСФ. Эти гемопоэтические ростовые факторы (цитокины), таким образом, напрямую увеличивают количество циркулирующих нейтрофилов, моноцитов и плазматических клеток и активируют эти клетки в процессе их созревания. Генерация зрелых клеток крови каждой специфической линии регулируется набором определенных гемопоэтических факторов роста. Хотя наборы гемопоэтических факторов роста, стимулирующих специфическое созревание субпопуляций клеток крови, перекрываются по своим* функциям, каждый из них имеет характерные отличия.

Эритропоэз. Эритроидная дифференцировка на последних стадиях в значительной степени регулируется эритропоэтином (ЭП) — гликопротеином, производимым в ответ на тканевую гипоксию в печени плода и почке взрослого. Из предположительно 18 делений, происходящих в процессе превращения стволовой клетки в зрелый эритроцит, эритропоэтин существенно стимулирует заключительные 8-10 делений. Транскрипция гена эритропоэтина в почечных перитубулярных эндотелиальных клетках и. гепатоцитах регулируется кислородчувствительными факторами транскрипции, которые усиливают экспрессию гена при сокращении доставки О2. Гиперпродукция эритропоэтина, наблюдаемая в некоторых случаях почечноклеточной карциномы и гепатомы, ведет к развитию эритроидной полицитемии.

Предшествующие деления клетки, дающие начало эритропоэтинчувствительным эритроидным клеткам-предшественникам, в основном независимы от эритропоэтина. Пролиферация и созревание на этих этапах определяются ГМ-КСФ и ФСК, которые продуцируются местно в стромальном микроокружении костного мозга. Кроме того, они могут быть специфически усилены ИЛ-3, секретируемым активированными Т-лимфоцитами.

Гранулоцитопоэз. Нейтропоэз и монопоэз на заключительных стадиях индуцируются Г-КСФ и М-КСФ соответственно. Ранние деления, в результате которых полипотентные предшественники становятся коммитированными в отношении определенных ростков, регулируются синергичными взаимодействиями ГМ-КСФ, ФСК и ИЛ-3. Как описано ранее, несмотря на постоянный уровень основной секреции КСФ стромальными фибробластами, выстилающими эндостальную поверхность костного мозга, секреция ГМ-КСФ и Г-КСФ существенно повышается при воспалении в ответ на продукцию ИЛ-1 и ФНО-сс моноцитами.

В продукции зозинофилов главную индуктивную роль играет интерлейкин-5 (ИЛ-5), в меньшей степени участвуют ИЛ-3 и ГМ-КСФ. Базофилы и тучные клетки непосредственно стимулируются ФСК и ИЛ-3. В обоих случаях начальные центростремительные (афферентные) сигналы, которые вызывают высвобождение этих цитокинов, пока недостаточно поняты.

Мегакариоцитопоэз. Развитие клеток-предшественников мегакариоцитов на самых ранних стадиях, по-видимому, индуцируется тромбопоэтином (ТПО) в сочетании с ФСК. ТПО также стимулирует конечные стадии созревания мегакариоцитов и “отшнуровывание” тромбоцитов. Напротив, интерлейкин-11 (ИЛ-11) может играть главную роль в “отшнуровке” тромбоцитов при сравнительно слабом влиянии на образование и развитие самих мегакариоцитов.

В-лимфопоэз. Как и в случае миелоидных линий, развитие В-клеток начинается с дифференцировки полипотентной стволовой клетки в недифференцированные, но коммитированные предшественники В-клеток. Пролиферация и дифференцировка этих предшественников В-клеток на начальных стадиях индуцируются интерлейкином-7 (ИЛ-7) и ФСК. Как только образовались распознаваемые пре-В и В-клетки, происходит их дальнейшая дифференцировка и деление при участии иммуноглобулинового антигенного рецептора и Fc-рецептора, стимулируемая растворимым интерлейкином-4 (ИЛ-4) и ИЛ-6. После формирования плазматических клеток, производящих антитела, ИЛ-6 и ГМ-КСФ стимулируют дополнительную пролиферацию и секрецию антител.

Т-лимфопоэз. Первоначально пре-Т-клетки подвергаются сложной негативной и позитивной селекции в тимусе, в процессе которой они “обучаются” распознавать “свои” и “не свои” (чужеродные) клетки. Возникающие в результате зрелые Т-клетки являются субъектами антиген- и цитокининдуцированной активации и экспанции. Стимуляция антигеном в присутствии интерлейкина-2 (ИЛ-2) или антигеном в сочетании со стимуляцией вспомогательными макрофагами либо дендритными клетками, которые экспрессируют В7-1 или В7-2, ведет к прямой активации и CD4+, и СD8+ Т-клеток.

Источник: hematologiya.ru