Сегодня: 21.12.2024
PDA | XML | RSS
 
 





Реклама от Google

Регенерация органов и тканей: иерархическая и стохастическая модели

К.Н.Ярыгин

Российский государственный медицинский университет и НИИ биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН, Москва

Тканевой гомеостаз включает поддержание оптимального клеточного состава путем скоординированных во времени процессов гибели части клеток и замещения их новыми. После открытия стволовых клеток (СК) общепринятой стала иерархическая модель регенерации органов и тканей как для поддержания гомеостаза, так и при восстановлении после повреждений, согласно которой все новые клетки образуются из резидентных или циркулирующих стволовых клеток через стадию прогениторных, активно размножающихся клеток.

Вместе с тем, анализ регенерации печени показывает, что это не всегда так. Восстановление печени может идти за счет стволовых клеток, но чаще происходит за счет дифференцированных клеток после их дедифференцировки. В последнем случае реализуется стохастическая модель регенерации, при которой образовании е новых клеток происходит не из специальных, а из любых клеток ткани.

Тканеспецифические соматические стволовые клетки были первоначально обнаружены в гемопоэтической системе. Эти недифференцированные клетки способны вступать в асимметричный митоз, дающий одну клетку-реплику, идентичную материнской, и одну коммитированную клетку, дифференцирующуюся в один из типов клеток крови. Каждая резидентная гемопоэтическая стволовая клетка мультипотентна, т.е. способна превращаться в любую клетку крови.

В настоящее время стволовые клетки в гемопоэтической системе изучены лучше, чем другие соматические стволовые клетки и могут служить моделью для того, чтобы планировать исследования других региональных стволовых клеток.

В костном мозге существует определенная иерархия клеток, которую можно представить в виде пирамиды. Находящиеся на вершине этой пирамиды наименее дифференцированные клетки носят названия долгосрочно и краткосрочно репопулирующих гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Вступая на путь дифференцировки, они дают начало прогениторным клеткам-предшественницам, соответственно, всего миелоидного и всего лимфоидного ростка, из которых после серии делений и образуются все зрелые клетки крови. Прогениторные клетки, в отличие от гемопоэтических стволовых клеток, не способны к самовоспроизведению через асимметричный митоз. Необходимым и достаточным условием восстановления гемопоэтической системы после ее полного разрушения является просто трансплантация гемопоэтических стволовых клеток.

Гемопоэтическая система – это быстро обновляющаяся ткань мезодермального происхождения. Регенерация быстро обновляющихся эпителиев, таких как эпителий слизистой желудочно-кишечного тракта или эпидермис также происходит за счет резидентных стволовых клеток. В этих тканях также существует иерархия клеток, подобная той, которая характерна для гемопоэтической системы.

До недавнего времени общепринятым было мнение, что регенерация печеночной паренхимы происходит за счет дифференцированных клеток, в основном гепатоцитов, при некотором участии других клеточных типов, таких как купферовские клетки, эндотелий и эпителий желчных протоков. Было, в частности, показано, что в норме и в процессе регенерации после повреждения как размножение клеток, так и их гипертрофия. Некоторые гепатоциты увеличиваются в размерах и в них происходит эндоредупликация геномной ДНК, но без митоза. Постепенно, однако, накапливаются данные, показывающие, что принекоторых видах повреждения в регенерации печени участвуют не только дифференцированные клетки, но и резидентные и циркулирующие стволовые клетки.
Фактически, механизм восстановления печеночной паренхимы зависит от обстоятельств, при которых оно происходит – норма, частичная гепатэктомия, отравление химическими агентами и т.п. Более того, существенно различаются пути восстановления за счет собственных ресурсов и за счет трансплантированных клеток.

У млекопитающих, в том числе у человека, может быть восстановлено до 75% утраченной ткани печени. В экспериментах на лабораторных грызунах частичная гепатэктомия достигается путем экстирпации определенных долей печени. После удаления таким способом 75% ткани печени количество клеток в органе нормализуется в течение нескольких дней, а первоначальная масса достигается за несколько недель. Классические эксперименты с мечением клеток мышей 3Н-тимидином показали, что в течение этого периода практически каждый оставшийся после операции гепатоцит претерпевает по крайней мере одно деление. Интересно, что после удаления 15% ткани печени пролиферируют лишь перипортальные гепатоциты. Вслед за гепатоцитами в митоз вступают и другие эффекторные клетки печени, которые таким образом участвуют в восстановлении массы органа. Остается неясным, почему после восстановления массы печени размножение клеток и регенерация ткани останавливаются. Есть лишь некоторые данные о том, что определенная роль в этом принадлежит трансформирующему фактору роста бета 1 (TGF-1).

Как регенерация после частичной гепатэктомии, так и поддержание массы ткани и нужного количества клеток печени в норме обеспечиваются пролиферацией дифференцированных клеток и, по всей видимости, не зависят от стволовых клеток. С другой стороны, восстановление печени после отравления некоторыми химикатами СК-зависимо. В этом случае в перипортальных зонах печеночных долек появляются мелкие клетки с овальными ядрами, которые носят название «овальные клетки». Эти клетки активно размножаются, мигрируют по направлению к центральным венам и дифференцируются в гепатоциты, обеспечивая восстановление ткани. Овальные клетки происходят от недифференцированных клеток зоны канала Херинга, которые многие авторы считают печеночными стволовыми клетками. Сами овальные клетки рассматриваются как прогениторные, т.е. уже вступившие на путь дифференцировки. Многие соединения, индуцирующие пролиферацию овальных клеток, способны повреждать ДНК или обладают канцерогенной активностью, в связи с чем некоторые авторы рассматривают их как предраковые. Вполне вероятно, что СК-зависимая регенерация происходит в тех случаях, когда гепатоциты утрачивают способность нормально делиться.

Пролиферация овальных клеток наблюдается при заболеваниях человека, связанных с хроническим поражением печени и циррозом и в соответствующих экспериментальных моделях. Человеческие овальные клетки можно идентифицировать по поверхностному маркеру OV6. Они также экспрессируют маркеры гепатоцитов (альбумин), эпителия желчных протоков (цитокератин 19 – СК-19), альфа-фетопротеин, маркер ГСК CD34. Овальные клетки крысы экспрессируют и другие маркеры ГСК, такие как фактор стволовых клеток (SCF), рецептор SCF, c-kit тирозин киназу и Thy-1. Овальные клетки мыши экспрессируют маркер ГСК Sca-1. Фенотипическое сходство овальных клеток и ГСК инспирировало гипотезу о том, что овальные клетки происходят не от резидентных печеночных стволовых клеток, а от гемопоэтических стволовых клеток костного мозга.

Одним из самых информативных подходов при изучении биологии и функций стволовых клеток и других клеток является проведение тестов на способность клеток заселять поврежденные участки ткани. Этот подход был впервые использован для доказательства существования гемопоэтических стволовых клеток, а позже – в других моделях. Опыты с очищенными субпопуляциями клеток костного мозга мыши позволили выявить типы клеток, обладающие наибольшим репопуляционным потенциалом. В то время как дифференцированные клетки костного мозга размножаются плохо, гепатоциты, причем не только диплоидные, но и тетраплоидные и октаплоидные, весьма активны в репуляционных тестах.

Были получены экспериментальные доказательства того, что, наряду с гепатоцитами, участвовать в репопуляции печени после массовой гибели паренхиматозных клеточных элементов могут несколько других типов клеток, в том числе фетальные гепатобласты, овальные клетки, клетки поджелудочной железы и гемопоэтические стволовые клетки. Фетальные гепатобласты, экспрессирующие альфа-фетопротеин и маркеры, характерные для гепатоцитов (альбумин) и холангиоцитов (СК19), обычно рассматриваются как стволовые клетки фетальной печени. Они обладают высоким пролиферативным и дифференцировочным потенциалом и, после трансплантации, способны полностью реконструировать поврежденную ткань. Овальные клетки также бипотентны и легко репопулируют печеночную ткань после повреждения. Известно, что в раннем онтогенезе гепатоциты, холангиоциты и все основные типы паренхиматозных клеток поджелудочной железы развиваются из общего эндодермального предшественника. Имеются доказательства того, что во взрослом организме в печени и в поджелудочной железе присутствуют клетки-предшественники паренхиматозных клеток обоих органов, так называемые печеночно-панкреатические стволовые клетки. Это подтверждается тем, что опухоли печени, особенно холангиокарциномы, экспрессируют маркерные энзимы поджелудочной железы амилазу и липазу.

Костный мозг содержит несколько видов стволовых и прогениторных клеток, в том числе гемопоэтические стволовые клетки, клетки-предшественники различных клеток крови, мезенхимальные стволовые клетки (МСК), так называемые мультипотентные взрослые прогениторные клетки (multipotent adult progenitor cells, MAPC) и др. В экспериментах на животных было показано, что несущие генетические маркеры клетки костного мозга после трансплантации способны дифференцироваться в гепатоциты. Более того, аутопсическое исследование пациентов, умерших через месяцы и даже годы после пересадки несовпадающего по полу костного мозга, показало присутствие в их тканях, в том числе в печени, донорских эпителиальных клеток.

В настоящее время предпринимаются попытки идентифицировать типы клеток костного мозга, обладающие репопуляционной активностью в отношении печеночной ткани. Было показано, что способностью дифференцироваться в полноценные гепатоциты обладают гемопоэтические стволовые клетки, имеющие фенотип (c-kithighThylowLinnegSca-1+). Субпопуляция человеческих CD34+ клеток, экспрессирующих молекулу комплемента Clq (ClqR(p)), после ксенотрансплантации в организм мышей или овец также дает начало функционально активным гепатоцитам. MAPC обладают свойствами, сближающими их с эмбриональными стволовыми клетками, в том числе плюрипотентностью. Они дифференцируются в эпителиальные клетки печени in vitro, а при трансплантации в интактных мышей проникают в печень реципиента, хотя и в небольших количествах, и дифференцируются в гепатоциты.

Участие клеток костного мозга в поддержании гомеостаза печеночной паренхимы и ее репаративной регенерации остается предметом споров. Не вполне ясно, играют ли гемопоэтические стволовые клетки или другие клетки костного мозга клинически значимую роль в восстановлении печени при каком-либо заболевании человека. В настоящее время обсуждаются два альтернативных пути репопуляции печени клетками костномозгового происхождения.
Во-первых, некая субпопуляция клеток костного мозга может выходить в кровоток, подвергаться хоумингу в печени и дифференцироваться в эпителиальные клетки. Эти клетки могут быть либо общими мультипотентными предшественниками гепатоцитов и клеток крови или специализированными эндодермальными прогениторными клетками.

Во-вторых, печеночные клетки костномозгового происхождения могут быть результатом не дифференцировки, а слияния клеток.

Комментировать:
Имя:

Сообщение:


Похожие статьи:

Пункционная стимуляция остеогенеза аутогенным костным мозгом с кристаллическим химотрипсином

Категории: Регенерация и остеогенез,
Пункционная стимуляция остеогенеза аутогенным костным мозгом с кристаллическим химотрипсином при посттравматических нарушениях костной регенерации In treatment of 88 patients with different posttraumatic..

Клеточные технологии и стимуляция остеорепарации при хирургической коррекции длины конечностей

Категории: Клеточные технологии, Регенерация и остеогенез,
Purpose of study. Perfection of osteoreparation on the basis of modern cellular technologies application. Patients and methods. Study of results of cellular therapy application has been performed at CITO..