Из полипотентной стволовой кроветворной клетки в красном костном мозге формируются все форменные элементы крови, развитие которых происходит экстраваскулярно. Часть их сохраняется в костном мозге в недифференцированном состоянии. Они могут расселяться по другим органам и тканям и являться источником развития клеток крови и соединительной ткани. Полипотентные стволовые кроветворные клетки относятся к самоподдерживающейся популяции клеток, и они редко делятся.
Рис. 6. Обобщенная схема первых трех классов кроветворения:
1 класс – полипотентная стволовая кроветворная клетка.
П класс – полипотентные клетки-предшественницы лимфоцито- и миелопоэза.
Ш класс – унипотентные клетки-предшественницы Т и В-лимфоцитов; би- и унипотентные клетки-предшественницы гранулоцитарного, эритроцитарного, моноцитарного и мегакариоцитарного гемопоэза.
Все стадии костномозгового кроветворения составляют шесть основных классов:
I класс – полипотентная стволовая кроветворная клетка – общая родоначальная клетка. Каждая полипотентная стволовая кроветворная клетка образует одну колонию и называется колониеобразующей единицей (КОЕ). Исследование клеточного состава колоний позволило выявить две линии их дифференцировки.
II класс – одна линия дает начало полипотентной клетке-предшественнице – родоначальнице гранулоцитарного, эритроцитарного,моноцитарного и мегакариоцитарного ростка гемопоэза – родоначальнице миелопоэза (КОЕ-ГЭММег). Вторая линия дает начало полипотентной клетке-предшественнице – родоначальнице лимфоцитопоэза (КОЕ-Л).
III класс – из полипотентных клеток дифференцируются би- и унипотентныеродоначальные клетки. Методом колониеобразования определены би- и унипотентные клетки-предшественницы родоначальницы моноцитов (КОЕ-М), гранулоцитов и моноцитов (КОЕ-ГМ), нейтрофильных гранулоцитов (КОЕ-Гн), эозинофилов (КОЕ-Эо), базофилов (КОЕ-Базо), эритроцитов (БОЕ-Э и КОЕ-Э), мегакариоцитов (КОЕ-Мег), мегакариоцитов и эритроцитов (КОЕ-МегЭ). И унипотентные родоначальные клетки-предшественницы для Т- и В-лимфоцитов.
IV класс – из би- и унипотентных родоначальных клеток-предшественниц образуются бластные клетки различных линий гемопоэза, идентифицируемые при анализе миелограммы (эритробласт, мегакариобласт и т.д.);
V класс – созревающие клетки различных линий гемопоэза.
VI класс – зрелые клетки различных линий гемопоэза.
Все клеточные элементы, входящие в первые 3 класса и онтогенетически связанные, морфологически – не дифференцируемы (Рис. 6). Если даже обращается внимание на особенности в структуре ядра и цитоплазмы, то при изучении гематологических препаратов, их относят к лимфоидным элементам и бластным клеткам. Морфологически распознаваемые – это клетки 1У, У и У1 классов.
В процессе дифференцировки морфологически распознаваемые клетки эритроцитарного ряда претерпевают 5–6 митозов, гранулоцитарные клетки – 4 митоза, при моноцитопоэзе от монобласта до макрофага происходит 7–8 митозов .
Образующиеся в красном костном мозге клетки по мере созревания равномерно поступают в кровеносное русло, при этом время циркуляции их постоянно: эритроциты 100–120 суток и погибают, тромбоциты около 7–10 суток и погибают, нейтрофилы менее 6–8 часов и погибают, моноциты 1,5–4,5 суток и выходят в ткани .
МИКРООКРУЖЕНИЕ
Миелоидная и лимфоидная ткани относятся к тканям внутренней среды и являются разновидностями соединительной ткани. В них представлены две основные клеточные линии – клетки ретикулярной ткани и гемопоэтические клетки, т.е. для них характерно наличие стромальных и гемопоэтических элементов, образующих единое функциональное целое.
Ретикулярные, а также жировые, тучные и остеогенные клетки вместе с межклеточным веществом формируют микроокружение для гемопоэтических элементов. Структуры микроокружения и гемопоэтические клетки функционируют в неразрывной связи друг с другом. Микроокружение оказывает воздействие на дифференцировку клеток крови при контакте с их рецепторами или путем выделения специфических факторов.
РЕГУЛЯЦИЯ
Стволовые кроветворные клетки в стадии созревания находятся под строгим регулирующим контролем, механизм которого достаточно не изучен. В регуляции процессов пролиферации и дифференцировки гемопоэтических клеток большую роль играют:
1. Стромальное микроокружение:
– клеточный компонент: фибробласты, жировые клетки, макрофаги, остеобласты, эндотелиальные клетки;
– внеклеточный (экстрацеллюлярный) матрикс, который составляют продукты секреции стромальные клеток: коллаген, фибронектин, ламинин, гликозаминогликаны и другие белковые компоненты.
2. Факторы роста – обеспечивают пролиферацию и дифференцировку стволовых кроветворных клеток, и последующие стадии их развития. Факторы роста включают:
– колониестимулирующие факторы (КСФ) – стимулируют гемопоэз. Среди них наиболее изучены факторы, стимулирующие развитие гранулоцитов и макрофагов (ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ);
– ингибирующие факторы – тормозят гемопоэз. Выделен ингибирующий лейкемию фактор (ЛИФ), который тормозит пролиферацию и дифференцировку моноцитов-макрофагов;
– интерлейкины.
3. Факторы транскрипции – влияют на экспрессию генов, определяют направление дифференцировки гемопоэтических клеток (поэтины).
4. Витамин В12 – необходим для стимуляции пролиферации и дифференцировки гемопоэтических клеток.
Таким образом, кроветворение в красном костном мозге – это единственная локализация ткани в организме человека, где в эмбриональном и постэмбриональном периодах жизни сконцентрировано большое количество клеток различной потентности и происходит интенсивная пролиферация.
2. МОНОНУКЛЕАРНАЯ ФРАКЦИЯ В СИСТЕМЕ КРОВИ
Мононуклеарная фракция в системе крови – это клетки, выделенные из костного мозга или периферической крови посредством отделения от эритроцитов, тромбоцитов и гранулоцитов на градиенте плотности.
МОНОЦИТОПОЭЗ
Моноцитопоэз берет свое начала от полипотентной клетки-предшественницы родоначальницы миелопоэзе с последующим развитием в Моноцитарный росток (П класс), продолжается в унипотентную клетку-предшественницу родоначальницу Моноцитов (Ш класс). Однако клеточные элементы, входящие во П и Ш классы морфологически не дифференцируемы. Морфологическое распознавание начинается сбластной клетки Моноцитарного ростка (1У класс) – монобласт, который через стадию Промоноцит, превращается в Моноцит.
В отличие от клеток других линий, цикл созревания которых заканчивается в красном костном мозге, клетки Моноцитарного ростка окончательно созревают только в тканях, где Промоноцит и Моноцит трансформируются в Макрофаг.
Морфология клеток:
По мере дифференцировки монобласта в промоноцит и моноцит клетка претерпевает ряд морфологических и функциональных изменений (Рис. 7):
В красном костном мозге
1. Монобласт – диаметром 12–20 мкм. В норме его трудно отличить от миелобласта или недифференцируемого бласта, а также не всегда можно отличить от лимфобласта. Только отмеченные очертания ядра и более широкая светло-базофильная цитоплазма могут указать на развитие этого «бласта» в сторону моноцитарной клетки. Ядро нежной структуры содержит 1–2 нуклеолы голубоватого цвета. Цитоплазма голубого цвета, в ней могут присутствовать пылевидные азурофильные гранулы.
Рис. 7. Моноцитарный ряд клеток: А – монобласты, Б – промоноциты, В-моноциты.
2. Промоноцит – диаметром 15–20 мкм. В норме имеет ядро промиелоцита бобовидной формы, светло-фиолетового цвета. Хроматин нежный, крупносетчатый. В ядре 1–2 нуклеолы. Цитоплазма серо-голубого, дымчатого цвета с мелкой азурофильной зернистостью.
Промоноцит, являясь клеткой-предшественницей Моноцита, проходит 2 последовательных цикла деления до превращения в Моноцит, продолжительность митотического цикла составляет 30 часов. Промоноцит способен к пиноцитозу и фагоцитозу, хотя в меньшей степени, чем Моноцит и Макрофаг.
3. Моноцит – диаметром 16–18 мкм, различных морфологических вариаций по характеру и интенсивности окраски ядра и цитоплазмы. Ядра могут приближаться к округлым, бобовидным формам. Моноцит с более нежной структурой ядра и наличием ядрышек (или их остатков) можно отнести к Промоноциту. Цитоплазма сероватого или бледно-голубого цвета, в ней могут присутствовать многочисленные пылевидные азурофильные гранулы.
Дифференцировка Монобласта в Моноцит происходит в красном костном мозге в течение 5 дней. Моноцит в костном мозге находится в среднем 3 суток (минимальное время пребывания 9 часов), затем делится и, не образуя костномозгового резерва, выходит в периферическую кровь.
В крови
Моноцит – наиболее крупная клетка крови, здесь он созревает, ядро становится из круглого сначала бобовидным, затем лапчатым, меняется структура хроматина. В периферической крови обнаружен различный уровень дифференцировки Моноцитов, причем у здоровых людей преобладают более зрелые Моноциты. В незрелом Моноците есть остатки нуклеол, меняются ферменты в цитоплазме.
В крови Моноциты распределяются на пристеночные и циркулирующие пулы, обменивающиеся между собой, количественные соотношения которых могут меняться. У человека циркулирующий пул Моноцитов в норме 18х10 в 6 степени клеток/кг массы тела, а маргинальный пул, который в данный момент не принимает участия в циркуляции, примыкая к внутренней стенке микрососуда, в 3,5 раза больше (63х10 в 6 степени клеток/кг). В целом общий пул Моноцитов периферической крови составляют от 1 до 10% всех лейкоцитов (80–600 х 10 9/л).
Моноциты циркулируют в крови от 36 до 104 часов (1,5 – 4.5 суток) и затем покидают ее по стохастическому (целевому) принципу, взаимодействуя со специализированными адгезивными молекулами на эндотелиальных клетках. Миграция Мононуклеара из сосудистого русла в очаг воспаления происходит через участки микроциркуляторного русла с эндотелием второго типа – это посткапилляры и венулы.
В ткани
Van Furth R . (1988): после попадания в ткань Мононуклеары крови превращаются в Макрофаги, которые в свою очередь адаптируются к микросреде их будущего обитания. Разнородность популяции Макрофагов «по горизонтали» – микросреда, в которой они функционируют.
Выйдя из кровеносного русла, Моноцит становится тканевым и больше не способен вернуться в циркуляцию. Тканевой Моноцит трансформируется в органо- и тканеспецифический Макрофаг согласно следующими стадиям перехода: макрофагальный бласт, промакрофаг, макрофаг. Макрофаг может образоваться из стволовой кроветворной клетки и из Промоноцита согласно тем же стадиям перехода.
4. Макрофаг (от греч. makros – большой, fagos – пожирающий) – гетерогенная специализированная клеточная популяция защитной системы организма (Рис. 8). Диаметром 15–80 мкм, форма клетки неправильная, ядро овальной или продолговатой формы. Продолжительность жизни исчисляется месяцами и годами.
Возможно образование Макрофагов: в соединительной ткани (гистиоциты), легких (альвеолярные), печени (купферовские клетки), селезенке, лимфатических узлах, костной ткани (остекласты), нервной ткани (микроглиальные клетки), коже (клетки Лангерганса), в плевральном выпоте и асците и т.д.
Макрофаги принимают активное участие: в неспецифической защите от патогенных микроорганизмов; в процессах репарации; инициации специфического иммунного ответа; в метаболизме липидов и железа; регуляции кроветворения; гемостазе; в секреции цитокинов и других биологически активных веществ, регулирующих пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность различных клеток.
По разнообразию фенотипических признаков Макрофагов можно судить о возможностях при трансформации Промоноцита и Моноцита и влиянии микроокружения. Макрофаг в сравнении с Промоноцитом и Моноцитом, по своим функциональным возможностям значительно превалирует. Значит, в процессе трансформации Макрофаг приобретает возможности, которые отсутствовали у Промоноцита и Моноцита.
Рис. 8. Макрофаги
Промоноциты, Моноциты и Макрофаги человека в патологических условиях, способны к пролиферации в ограниченных масштабах. Промоноцит из этого ряда наиболее пролиферирующая клетка и может, минуя стадию Моноцита, в тканях трансформироваться в Макрофаг.
СТИМУЛЯЦИЯ
Учитывая, что Мононуклеары относятся к иммунокомпетентной системе, вполне законно ожидать изменение их количественного и качественного состояния при различных патологических процессах. В частности это наглядно проявляется при хроническом воспалении, когдачисло Моноцитовувеличивается. Это увеличение отмечается в красном костном мозге, периферической крови, селезенке, лимфатических узлах, перитонеальных полостях. При этом в периферической крови обнаружен различный уровень дифференцировки Моноцитов, а также могут появляться и преобладать менее зрелые клетки – Промоноциты.
В ускоренном вариант пролиферации костномозговых Мононуклеаров получается: минимум 9 часов в красном костном мозге и 12 часов в кровеносном русле, итого 21 час. Для созревания Моноцита из Промоноцита необходимо два деления по 30 часов, т.е. при срочной потребности в Макрофагах, с учетом отсутствия костномозгового резерва, в кровеносное русло выходят Промоноциты и не зрелые Моноциты.
В процессе дифференцировки морфологически распознаваемые клетки при Моноцитопоэзе претерпевают от Монобласта до Макрофага 7–8 митозов. При воспалительных процессах количество Макрофагов и их активность особенно возрастают. Воспалительный инфильтрат может поддерживаться лишь в случае постоянного обновления Мононуклеарных фагоцитов в очаге за счет Моноцитов крови. В свою очередь пул Моноцитов восстанавливается из красного костного мозга. Следовательно, через Мононуклеарные фагоциты очаг хронического воспаления приобретает постоянные связи с костным мозгом, с центром генерации свежих Моноцитов. Очаг будет прогрессировать при избыточном Моноцитопоэзе и наоборот. В то же время в стимуляции Моноцитопоэза самое деятельное участие принимают активированные Макрофаги.
Таким образом , Промоноцит и Моноцит в системе кроветворения являются единственными промежуточными упрощенными универсальными клетками, которые в органах и тканях трансформируются в органо- и тканеспецифические Макрофаги.
3. МОНОНУКЛЕАР – КЛЕТКА-ПРЕДШЕСТВЕННИЦА ЗЛОКАЧЕСТВЕННОЙ КЛЕТКИ
Клетка-предшественница – клетка, находящаяся на низком уровне дифференцировки, но уже коммитированная к развитию в клетки определенной линии.
Аксиомой современной теории онкогенеза является положение, что клеткой-предшественницей стволовой злокачественной клетки является нормальная пролиферирующая соматическая клетка. Однако какая соматическая клетка явилась клеткой-предшественницей для злокачественной клетки, данной конкретной солидной опухоли – не известно.
Достоверно доказаны очень важные и никем неоспоримые утверждения:
– злокачественные клетки имеют больше сходства между собой, чем нормальные клетки между собой;
– злокачественные клетки имеют меньше различий между собой, чем различия между злокачественными клетками и нормальными клетками;
– нормальные клетки имеют меньше различий между собой, чем различия между нормальными клетками и злокачественными клетками;
– основные принципы «зарождения» стволовой злокачественной клетки, роста злокачественного очага и развития злокачественного процесса различных органов и тканей совершенно идентичны.
На этом основании можно говорить о злокачественных клетках, как об отдельной группе клеток, имеющих общее происхождение, а в совокупности со стромой, даже как об отдельной ткани в организме-носителе. В таком случае должна быть конкретная клетка, претендующая на роль «общего начала» или клетки-предшественницы первичной стволовой злокачественной клетки солидных опухолей.
При анализе всех клеток организма человека необходимо выбрать, прежде всего, те клетки, которые имеют следующие основные свойства:
1. Являются соматическими пролиферирующими клетками с продолжительным жизненным циклом (месяцы, годы).
2. Обладают автономностью: умеют свободно перемещаться по всему организму-носителю, проникать и мигрировать в органах и тканях.
3. Способны влиять на различные жизненно важные процессы: гемопоэз, гомеостаз, иммунитет, пролиферацию, созревание и дифференцировку клеток и др.
Клетками, обладающими вышеуказанными свойствами, в организме человека являются только клетки крови, из них:
– эритроциты, тромбоциты и лейкоциты – это тупиковый вариант с коротким сроком жизни (эритроциты 100–120 суток, тромбоциты около 7–10 суток, нейтрофилы менее 6–8 часов), к тому же, имеют специфические черты и достаточно ограниченные функции, поэтому не могут претендовать на роль «общего начала»;
– лимфоциты – относятся к Мононуклеарной фракции системы крови, имеют тропность к лимфоидной ткани и, как известно, унипотентные и полипотентные стволовые клетки лимфоцитопоэза являются клетками-предшественниками стволовых злокачественных клеток гемобластозов. Зрелые лимфоциты при воздействии на них специфических антигенов вновь способны трансформироваться в бластные клетки. Можно сказать однозначно, что лимфоциты прямо или косвенно участвуют в «зарождении» первичной стволовой злокачественной клетки, а также росте и развитии злокачественного процесса;
– моноциты – относятся к Мононуклеарной фракции системы крови – прослеживают свое начало от полипотентной клетки-предшественницы родоначальнице миелопоэза с последующим развитием в Моноцитарный росток (П класс), который включает в себя достаточно большое количество клеток различной потентности (полипотентные, унипотентные) и местоположения (костный мозг, сосудистое русло, ткани). Поэтому все клетки, относящиеся к Моноцитарному ростку удобнее называть Мононуклеарная фракция или Мононуклеары. С учетом особенностей Мононуклеар является наиболее вероятным кандидатом на роль «общего начала» или клетки-предшественницы первичной стволовой злокачественной клетки солидных опухолей.
Характеристика и возможности Мононуклеаров (Моноцитарный росток):
1. Морфологически недифференцируемые и дифференцируемые Мононуклеары подразделяются на три основные группы:
– костномозговые: полипотентная клетка-предшественница родоначальница миелопоэза с последующим развитием в Моноцитарный росток, унипотентная клетка-предшественница родоначальница Моноцитов, монобласт, промоноцит, моноцит;
– периферической крови: промоноцит, моноцит;
– тканевые: промоноцит, моноцит, макрофагальный бласт, промакрофаг, макрофаг.
Промоноцит и Моноцит присутствуют во всех трех группах клеток и являются промежуточным вариантом развития от костномозговой полипотентной клетки-предшественницы родоначальнице миелопоэза с последующим развитием в Моноцитарный росток (П класс) до органо- и тканеспецифического Макрофага, как конечного варианта развития.
2. Кроветворение в красном костном мозге, это единственный функционирующий очаг интенсивной пролиферации, который сохранился с эмбрионального периода развития и функционирует у взрослого человека.
3. Мононуклеары являются представителями клеток иммунокомпетентной системы и одновременно играют решающую роль в регуляции нормального гемопоэза. Мононуклеары могут ингибировать гемопоэз с помощью межклеточных взаимодействий и посредством выделения различных иммунных и не иммунных гуморальных факторов.
4. Образование клеток Моноцитарного ростка может происходить на любом этапе дифференциации от полипотентной стволовой кроветворной клетки до промиелоцита. Отличаются ли друг от друга Моноциты и Макрофаги, образовавшиеся из различных субпопуляций и каковы их специфические функции, пока не ясно.
5. Костномозговые Мононуклеары способны выходить из костного мозга в периферическую кровь, циркулировать в периферической крови по всему организму, проникать из кровеносного русла в любые органы и ткани и мигрировать в них – перемещаться в межклеточном пространстве.
6. Мононуклеар периферической крови в нормальных условиях созревает, перед тем как проникнуть в ткани, но при воспалении сроки пребывания его в периферической крови значительно сокращены, поэтому в ткани проникают его не зрелые формы, способные к активной пролиферации.
7. Тканевые Мононуклеары, это единственные клетки в организме человека, которые в нормальных условиях могут трансформироваться в другую бластную клетку – макрофаальный бласт с последующей дифференцировкой в Макрофаг.
8. Мононуклеар периферической крови, попадая в ткани, не обязательно трансформируется в Макрофаг, он может превратиться и в клетки микроокружения, например, в эпителиоидную клетку (мезенхимально-эпителиальный переход).
9. Будучи гистогенетически единой, кроветворная система в своем функционировании характеризуется определенной независимостью поведения отдельных ростков кроветворения, поэтому изначально Мононуклеары характеризуются независимостью поведения – автономностью.
10. Мононуклеары сохраняют способность к делению на всех этапах своего развития и имеют возможность трансформироваться в первичную стволовую злокачественную клетку.
11. Злокачественные клетки, подобно Мононуклеарам, обладают многими активными свойствами: влияют на пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность различных клеток; выработку факторов роста; размножение в геле без подложки; сниженную адгезию; пониженное контактное торможение; влияние на гемопоэз; влияние на свертывающую систему крови; влияние на клеточный и гуморальный иммунитет и др.
Таким образом, тканевые Мононуклеары (Промоноцит и Моноцит), вполне могут претендовать на роль «общего начала» или клетки-предшественницы первичной стволовой злокачественной клетки солидных опухолей.
4. ГЕНОТИПИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОСТНОМОЗГОВОГО МОНОНУКЛЕАРА
Мононуклеар, как и любая соматическая клетка, состоит из трех основных компонентов: клеточной мембраны, цитоплазмы и ядра (Рис. 9).
Рис. 9. Обобщенная схема животной клетки (Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор, 1990, Т.1, стр. 211): 1 – митохондрии,
8-09-2015, 20:08