13.2. Краткие сведения о стволовых кроветворных клетках и гемопоэзиндуцирующем микроокружении

Стволовая кроветворная клетка (СКК). СКК - родоначальная клетка кроветворной системы. Популяция СКК гетерогенна. По степени дифференцированности и пролиферативному потенциалу выделяют полипотентные стволовые, полустволовые и коммитированные клетки-предшественницы.

Полипотентные стволовые кроветворные клетки (ПСКК). Обладают высоким, но не безграничным пролиферативным потенциалом, способностью к дифференцировке в различных направлениях.

Еще со времен А.А. Максимова (1923) признавалось, что стволовая клетка полипотентна и что ее дифференцировка в определенном направ¬лении осуществляется под влиянием воздействий, обусловливающих ее трансформацию в сторону миелоидных, эритроидных, лимфоидных и мегакариоцитарных форм. Установлено, что стволовая клетка иммунокомпетентна и способна образовывать клетки иммунного ответа.

Считается, что стволовые клетки находятся в костном мозге (1 на 8000 кроветворных клеток, 30•103 на мышь), являющемся основным их поставщиком в постэмбриональный период. Из костного мозга стволо¬вые клетки могут поступать в кровь и циркулировать в кровяном русле; не исключена возможность их поступления и из селезенки [Бутенко З.А., 1978]. В тимусе и лимфатических узлах стволовые клетки отсутст¬вуют.

Проблема превращения ПСКК в коммитированные клетки-предшественницы окончательно не решена. Согласно стохастической мо¬дели кроветворения [Till J.E. et al., 1964] процесс коммитирования происходит случайно и не зависит от внешних воздействий. В то же время созревание ПСКК в зрелые элементы протекает под влиянием гемопоэзиндуцирующего микроокружения (ГИМ) [Trentin J. J., 1976].

Согласно гипотезе «ниш» в кроветворной ткани существуют спе¬циализированные образования, в которых ПСКК находятся в затормо¬женном состоянии и не реагируют на действие внешних стимулов [Schofield R., 1978]. После покидания ниши стволовые клетки попадают под влияние гемопоэтических факторов и необратимо дифференцируют¬ся. При этом модель предполагает, что процесс выхода родоначальных элементов из данных образований происходит случайно.

Вышесказанному принципиально не противоречит и теория клональной сукцессии [Кау, 1965], согласно которой стволовые кроветвор¬ные клетки обладают высоким, но не безграничным пролиферативным потенциалом.

ПСКК закладываются только в эмбриогенезе и расходуются после¬довательно, образуя сменяющие друг друга клеточные клоны, аналогич¬но тому, как это происходит в яичниках [Чертков И.Л., Дризе Н.И., 1998]. Считается, что на всех кроветворных территориях в течение жизни мыши функционирует около 6000 клонов [Дризе Н.И. и соавт., 1999].

У человека ПСКК выявляются во фракциях клеток, содержащих маркер примитивных клеток CD 34(+). При этом ПСКК имеют следую¬щий антигенный фенотип - CD34+CD33-Line-kit+CD42+CD38-HLA-DR+ [Воробьев А.И. и соавт., 1995].

Большинство полипотентных клеток находится вне митотического цикла в стадии покоя - G0; многие из стволовых клеток существуют в конце GI-фазы клеточного цикла и потому очень быстро могут перейти в фазу синтеза ДНК, S-фазу [Чертков И.Л., 1976].

Показано, что из одной начавшей дифференцировку стволовой клетки может образовываться около 1 млн зрелых эритроидных и 100 тыс. гранулоцитов и макрофагов.

Обобщая сведения, касающиеся морфологической характеристики стволовых кроветворных клеток, З.А. Бутенко (1978) считает, что такая клетка является округлым мононуклеаром, относительно небольшого размера (8-10 мкм), не прилипающая и не обладающая фагоцитарной ак¬тивностью, с большим ядерно-цитоплазматическим отношением. По сво¬ей структуре в световом и электронном микроскопах полипотентная стволовая клетка близка к костномозговому лимфоциту.

Колониеобразующие единицы селезенки (КОЕс). Первый ме¬тод, позволивший по существу доказать наличие в кроветворной ткани ПСКК, был предложен в 1961 г. J.E. Till и E.A. McCulloch. Была продемонст¬рирована способность кроветворных клеток при трансплантации их смертельно облученным мышам образовывать колонии в селезенке. Ка¬ждая такая колония представляет собой клон-потомство одной клетки - колониеобразующей единицы в селезенке. Считается, что КОЕс относятся к категории более зрелых полипотентных клеток-предшественниц. При этом сама их популяция гетерогенна, т.е. от¬дельные КОЕс различаются по физическим константам (диаметру, пла¬вучей плотности и др.), функциональным особенностям, радиорезистентности и др.

Экзогенные КОЕс при введении их смертельно облученным мышам дают образование микро- и макроколоний в селезенке, которые гистоло¬гически разделяются на несколько типов: эритроидные (42%), гранулоцитарные (21%), мегакариоцитарные (21%), смешанные (16%); лимфоидные колонии в селезенке не образуются. По величине колонии можно расположить в следующий ряд: смешанные  эритроидные  гранулоцитарные (эти 3 типа колоний видны макроскопически)  мега¬кариоцитарные  эозинофильные  неидентифицированные (микроскопические).

Эндогенные КОЕс изучают при облучении животных в дозах, при которых сохраняется существенная доля КОЕc. Колонии из эндогенных КОЕс меньше по размеру; определяются эритроидные, гранулоцитарные, мегакариоцитарные и смешанные формы.

Полустволовые кроветворные клетки. Следующий отдел (более зрелых) кроветворных клеток-предшественниц составляют полуство¬ловые (олигополипотентные, частично детерминированные) прекурсоры. В этот отдел входят преимущественно клетки-предшественницы миелопоэза, которые определяются методами «клональных культур» in vitro либо в диффузионных камерах in vivo. Пролиферация этой группы кле¬ток регулируется ростовыми факторами, секреция которых зависит от существующего запроса, т.е. представляет собой уже не стохастический, а детерминированный процесс. В отдел входят три предшественницы: КОЕ-БЛ - клетка, образующая в культуре колонии бластных клеток; КОЕ-ВПП - колониеобразующая единица высокого пролиферативного потен¬циала, дающая в культуре огромные колонии макрофагов, и КОЕ-ГЭММ - клетка, дающая смешанные колонии, состоящие из гранулоцитов, эритроцитов, мегакариоцитов и макрофагов. В этом отделе, так же как и в предыдущем, по мере убывания снижается пролиферативный потенци¬ал, но повышается пролиферативная активность [McNiece J.K. et al., 1990; Metcalf D., 1991]. К этому отделу также относятся клетки-предшественницы, более ограниченные в дифференцировке, т.е. способные образовывать смешанные колонии из двух типов клеток, например из гранулоцитов и эритроцитов или из эритроцитов и мегака¬риоцитов, гранулоцитов и моноцитов. В целом, по мнению А.И. Воробье¬ва и соавт. (1995), в этом отделе взаимоотношения между отдельными типами клеток строятся не только в вертикальном срезе, но и в гори¬зонтальном. Возможен пропуск некоторых стадий дифференцировки, что может определяться главным образом существующим запросом.

Коммитированные (унипотентные, монопотентные) клетки-предшественницы. Клетки, дающие начало отдельным росткам миелопоэза: КОЕ-Г - дают начало гранулоцито-(нейтрофило-) поэзу; КОЕ-М - моноцитопоэзу; КОЕ-ЭО - родоначальные элементы эозинофильного ряда дифференци¬ровки; КОЕ-Мег - предшественницы мегакариоцитов и т.д.

Клетками-предшественницами красного ряда являются БОЕ-Э не¬зрелая и БОЕ-Э зрелая (бурст-образующие единицы), дающие образова¬ние крупных колоний на полутвердых агаровых средах или в плазмен¬ном сгустке. Более зрелая БОЕ-Э дифференцируется в КОЕ-Э, клетку, отличающуюся высокой чувствительностью к эритропоэтину, дающую начало in vitro небольшим эритроидным колониям.

Все типы коммитированных клеток при культивировании их в полу¬твердых средах дают образование колоний и клеточных агрегатов. Они имеют ограниченную способность к самоподдержанию (осуществляют всего 10-15 митозов). Считается, что дифференцировка коммитирован¬ных клеток находится под контролем гуморальных факторов - поэтинов (эритропоэтина, колоние-стимулирующего фактора и т.д.).

Гемопоэзиндуцирующее микроокружение. Согласно современ¬ным представлениям во многом решающее значение в регуляции крове¬творения имеет гемопоэзиндуцирующее микроокружение [Trentin J.J., 1970; Гольдберг Е.Д., Дыгай A.M., 1992, 1999], выполняющее роль локальной регуляторной системы. В формировании ГИМ принимают участие различные клеточные элементы и продукты их жизнедеятельности, входящие в состав как стромы, так и паренхимы кроветворных органов. К компонентам микроокружения сле¬дует в первую очередь отнести отдельные субпопуляции Т-лимфоцитов и макрофагов (мобильные элементы), фибробласты с продуцируемыми ими компонентами экстрацеллюлярного матрикса, резидентные макрофаги, адипоциты, эндотелиальные клетки, элементы микроциркуляторного русла и нервные волокна.

Элементы ГИМ осуществляют контроль за процессами кроветво¬рения как через продуцируемые цитокины, так и благодаря непосредст¬венным контактам с гемопоэтическими клетками. Межмембранное свя¬зывание служит при этом для сообщения регуляторной информации, пе¬редачи необходимых веществ, миграции и последующего хоминга клеток-предшественниц в специфических участках кроветворной ткани, а также представления гемопоэтических ростовых факторов в биологиче¬ски доступной форме.

Необходимо отметить, что такой контроль может быть не только положительным, но и отрицательным (ингибиция пролиферации и дифференцировки) в зависимости от субпопуляции клеток микроокружения и от их функционального состояния.

К раннедействующим гемопоэтинам (которые самостоятельно ли¬бо в сочетании с другими факторами участвуют в стимуляции процессов пролиферации и дифференцировки ранних кроветворных предшествен¬ников или индуцируют ПСКК, находящиеся в фазе G0, к делению) отно¬сятся ИЛ-3, вырабатываемый активированными Т-лимфоцитами, фактор Стила (SF), ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-11 и РИЗ-лиганд, ко¬торые продуцируются макрофагами, стромальными механоцитами, эндотелиальными и жировыми клетками, а также ГМ-КСФ (гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор), способность к синте¬зу которого обнаружена практически у всех клеточных элементов ГИМ.

Т-лимфоциты вырабатывают линейно-рестриктированный цитокин ИЛ-5, контролирующий продукцию эозинофилов. Как резидентные кост¬номозговые макрофаги, так и моноциты секретируют эритропоэтин (ЭПО) и ИЛ-6, которые стимулируют пролиферацию эритроидных прекурсоров, причем эта их способность возрастает при активации Т-лимфоцитами, продуктами деструкции эритроцитов и другими фактора¬ми. К позднедействующим гемопоэтинам, продуцируемым макрофагами, фибробластами и эндотелиальными клетками, относят Г-КСФ и М-КСФ, участвующие в регуляции соответственно грануло- и моноцитопоэза. Кроме того, клетки стромы и специализированные макрофаги вырабаты¬вают коллаген I, III и IV типов, ретикулиновые волокна, фибронектин, ламинин, тенасцин и другие белковые компоненты нитчатой сети вне¬клеточного матрикса.

Комплекс входящих в состав основного вещества соединительной ткани гликозаминогликанов и указанных выше экстрацеллюлярных бел¬ков рассматривается как структура, обеспечивающая концентрацию гемопоэтических ростовых факторов и модуляцию их функций. Таким об¬разом, основное вещество соединительной ткани костного мозга пред¬ставляет собой физиологически весьма активную среду, что дает осно¬вание рассматривать ее в качестве важнейшего регулятора кроветворе¬ния.