Вопросы регуляции кроветворения
Регуляция гемопоэза неоднозначна на разных его ступенях. Сегодняшнее представление о ней складывается в основном из экспериментальных данных.
Регуляция полипотентных клеток-предшественниц. Стволовые клетки и ранние клетки-предшественницы гемопоэза подчиняются близкодейстующей регуляции, обеспечиваемой их взаимодействием с соседними кроветворными клетками и клетками стромы. Поздние клетки-предшественницы относятся к поэтинчувствительным и регулируются гуморальными факторами.
Пролиферация и дифференцировка стволовых клеток находятся под влиянием не только стромальных клеток, но и кроветворных клеток — ближайшего потомства стволовой клетки — и клеток лимфатической и макрофагальной природы. Наблюдение за показателями периферической крови после облучения костного мозга человека и животных в разных дозах, анализ клоногенных клеток, появляющихся в костном мозге, поврежденном цитостатиками (экспериментальные данные), позволяют увидеть ингибирующее действие ранних клеток-предшественниц гемопоэза на стволовые клетки.
При облучении костного мозга в дозах ниже 5Гр в крови наблюдается абортивный подъем лейкоцитов, тромбоцитов, ретикулоцитов, который отодвигает окончательное восстановление состава периферической крови на более поздний срок по сравнению со сроками восстановления после облучения костного мозга в более высоких дозах (см. рис. 134) [Воробьев А. И., Бриллиант М. Д., 1972; Бриллиант М. Д. и др., 1974). Вместе с тем в эксперименте в поврежденном облучением и цитостатиками (5фторурацил, гидроксимочевина, миелосан) костном мозге удается некоторое время наблюдать ранние клетки-предшественницы с высокой активностью пролиферации и их потомство, как правило, не обнаруживаемое в неповрежденном костном мозге; затем они замещаются клеткамипредшественницаии с обычными пролиферативными потенциями [Udupa et al., 1972; Bradley et al., 1980]. По-видимому, именно уцелевшие после облучения ранние клетки-предшественницы создают абортивный подъем показателей периферической крови, временно обеспечивают кроветворение и своим существованием задерживают появление кроветворения из стволовой клетки, которое приходит на смену абортивному. Вместе с тем селезеночные колонии, получаемые из костного мозга мыши, подвергшейся цитостатическому воздействию, какоето время после этого воздействия оказываются значительно более крупными, чем до него, — так называемые экстраколонии [Rosendaal et al., 1981], что свидетельствует о происходящей в условиях напряженного гемопоэза смене клетки-предшественницы, обеспечивающей кроветворение.
В эксперименте получено много данных о влиянии отдельных популяций Тлимфоцитов на пролиферацию и дифференцировку полипотентных стволовых клеток. Goodman (1971) показал, что тимоциты, вводимые субтотально облученным мышам вместе с костным мозгом, вызывают увеличение числа селезеночных колоний. Тлимфоциты стимулируют дифференцировку клеток в гранулоцитарном направлении [Петров Р. В. и др., 1979].
В регуляции размножения ранних полипотентных и унипотентных клеток-предшественниц имеет значение их взаимодействие с Тлимфоцитами и макрофагами. Эти клетки действуют на клетки-предшественницы с помощью продуцируемых ими факторов — веществ, содержащихся в мембране и отделяющихся от нее в виде пузырьков при тесном контакте с клеткамимишенями (см. Функциональные особенности нейтрофилов).
Регуляция эритропоэза. Из регуляторов ранних клеток-предшественниц красного ряда сегодня интенсивно изучается бурстпромоторная активность (БПА). Это название предложено Iscove для фактора, который вырабатывали стимулированные растительным белком лектином клетки мышиной селезенки, он способствовал пролиферации БОЕЭ незрелых в культуре. Источником БПА являются клетки и лимфатической, моноцитарномакрофагальной природы, взаимодействующие с клетками красного ряда. БПА обнаруживается уже при печеночном кроветворении у плода, но в основном ее роль проявляется в эритропоэзе взрослого. От КОЕГЭММ, КОЕГЭ к БОЕЭ незрелой чувттвительность к БПА убывает [Fauser, Messner, 1978, 1979; Terasawa et al., 1980].
Уже ранние работы с культурой красных клеток-предшественниц показали, что в пролиферации БОЕЭ незрелых играет роль фракция прилипающих кроветворных клеток [Eaves, Eaves, 1978], к которым относятся элементы моноцитарномакрофагального ряда. Позже оказалось, что стимулирующим действием на БОЕЭ незрелые обладают преимущественно костномозговые макрофагальные элементы, используемые в культуре в низкой концентрации, тогда как высокая концентрация этих клеток ведет к ингибиции размножения бусстобразующих единиц.
Влияние моноцитарномакрофагальных элементов на клетки красного ряда многогранно. Так, макрофаги являются одним из основных экстраренальных источников эритропоэтина [Rich et al., 1982]. У плода эритропоэтин выделяют купферовские клетки печени. У взрослого купферовская клетка вновь начинает продуцировать эритропоэтин в условиях регенерирующей печени [Naughton et al., 1979]. В печени взрослого найден профактор эритропоэтина [Ярошевский А. Я., 1963]. И сегодня остается не ясным до конца, продуцируется ли в почках эритропоэтин или фактор эритрогенин, активирующий предшественник эритропоэтина, существующего в печени, плазме [Fyhrguist et al., 1984]. У взрослой мыши способны продуцировать эритропоэтин макрофаги и костного мозга, и селезенки [Rich et al„ 1982]. Макрофаг является той самой ретикулярной (как считали рань клеткой,. которая находится в центре эритропоэтического островка, него мембраны красных клеток принимают ферритин.
Для красного ряда характерно постепенное нарастание чувствит* ности к эритропоэтину, основному гуморальному регулятору эритропо:
от ранних клеток-предшественниц поздним. Даже такие ранние клет предшественницы красного ряда, как КОЕГЭММ и КОЕГЭ, дающие с шанные колонии, включающие компонент красных клеток, и БОЕЭ нез лая отвечают на воздействие эритропоэтина увеличением числа и разме] колоний и гемоглобинизацией клеток [Eaves, Eaves, 1978; Fauser, Messr 1982J, но только при значительном его содержании в среде. Axelrad (l9i впервые описал образование эритроцйтарных бурст в культурах при посто] ном поддержании высокого уровня эритропоэтина. В то же время КОЕ высокочувствительна к эритропоэтину и пролиферирует при его минима. ном количестве.
Гипоксия — падение напряжения кислорода в тканях — стимулиру выработку эритропоэтина. Постоянная или кратковременная гипоксия эксперименте на мышах с имплантированной диффузионной камерой ве к повышенной пролиферации БОЕЭ незрелых [Harigayaeet al., 1981]. В же время опыты с гипоксией у обезьян в гипобарической камере показа. значительное повышение у них HbFсодержащих эритроцитов в кро] [Desimone, Neller, J982].
Гипоксия может быть следствием снижения уровня кислорода i внешней среде (подъем на большую высоту), дыхательной недостаточнос1 при поражении легочной ткани, повышенного потребления кислород например, при тиреотоксикчзе.
Увеличенная потребность в кислороде, ведущая к повышению ypoaiэритропоэтина,ннаблюдается при разных формах анемий. Однако проду! ция эритропоэтина и ответ на него эритропоэза неоднозначн при разны формах анемии и зависят от множества факторов. Например, значительно повышение эритропоэтина (как и БПА) при апластической анемии в сы воротке и моче больных, возможно, обусловлено не только потребность в нем, но и его пониженным потреблением. Вместе с тем потребность ] кислороде может быть и сниженной. Например, при белковом голодании, ве душем к снижению метаболизма и потребности в кислороде и в связи ( этим к уменьшению продукции эритропоэтина и эритропоэза, что проявляется в первую очередь в резком уменьшении ретикулоцитов в крови [аапиро Ю. Л., 1969; Федоров Н. А., Шапиро Ю. Л., 1969]. Другим состоянием со снижением эритропоэза, очевидно, вследствие уменьшения потребности в кислороде и снижения продукции эритропоэтин,, является длительная неподвижность, например, постельный режим, особенно с опущенной головой. Такое изменение эритропоэза можно наблюдать при эритремии. например, когда инфаркт миокарда или инсульт, требующий длительного постельного режима, приводят к нормализации показателей красной крови. Возможно, именно это обстоятельство играет роль в развитии анемии, описываемой у космонавтов Tavassoli (1982). Эти факторы снижают пролиферацию поздник клеток-предшественниц эритропоэза (их потомство), ведут к ретикулоцитопении [Балаховский И. С. и др., 1983].
Вместе с тем опыты Harigaya с соавт. (1981) показали, тто в условиях плеторы, получаемой в эксперименте с помощью повторных многократных переливаний крови мышам, эритропоэз останавливается только на уровне дифференцированных кроветворных клеток — КОЕЭ и эритрокариоцитов, тогда как БОЕЭ незрелая клеткапредшественница, включая самую раннюю БОЕЭ незрелую, активно пролиферирует. БОЕЭ не отвечает и на кровопотерю fiscove, 1977]. Регуляция миелопоэза. Развитие и широкое распространение метода культивирования костного мозга и крови в агаровой культуре [Алмазов В. А. и др., 1979, 1981] позволили более детально изучить регуляцию растущей в этой культуре бипотенциальной колониеобразующей гранулоцитарномоноцитарной клетки-предшественницы (КОЕГМ). Для роста колоний этой клетки-предшественницы в культуре и ее дифференцировки нужен особый колониестимулирующий фактор — КСФ или колониестимулирующая активность—КСА [Burgess, Metcalf, 1980]. Только лейкозные гранулоцитарномоноцитарные клетки-предшественницы, в частности клетки миелоидного лейкоза мыши, могут расти без этого фактора (Sachs, 1978]. КСФ вырабатывается у человека моноцитарномакрофагальными клетками крови и костного мозга, клетками плцценты, лимфоцитами, стимулированными митогеном, эндостальными клетками. У мыши КСФ вырабатывают и фибробласты.
КСФ представляет собой гликопротеин, он гетерогенен по составу Этот фактор состоит по крайней мере из двух частей: ЕОКСФ (стимулирующий продукцию эозинофилов в агаровой культуре) и ГМКСФ (необходимый для продукции нейтрофилов и моноцитов). От концентрации КСФ зависит, продуцируются ли под его влиянием из одной клетки КОЕГМ кейтрофилы или моноциты: для нейтрофилов необходима высокая концентрация КСФ, для моноцитов достаточно низкой концентрации [Metcalf 1980].
Продукция КСФ зависит от стимулирующих или ингибирующих влияний клеток, моноцитарномакрофагальной и лимфоцитарной природы. Оптимальная активность КСФ наблюдается в результате совместной инкубации Тлимфоцитов и моноцитарномакрофагальных клеток человека [Verma et al, 1979].
Моноцитарномакрофагальные элементы продуцируют факторы, подавляющие активность этого стимулятора. К таким факторамингибиторам относятся, как показал Broxmeyer, лактоферрин, содержащийся в мембране макрофагов, и кислый изоферритин. Подавление продукции изоферритина с помощью индометацина, применение антиизоферритиновой антисыворотки повышают продукцию и активность КСФ. Сначала Broxmeyer (1981) открыл кислые изоферритины на лейкозных клетках костного мозга, селезенки и периферической крови при остром миелобластном лейкозе, хроническом миелолейкозе, хроническом лимфолейкозе, а позже обнаружил их продукцию и в норме [Broxmeyer, 1981; Broxmeyer et al., 1982]. Макрофаги синтезируют простагландины Е, которые прямо ингибируют КОЕГМ.
Тлимфоциты также неоднородны в своем действии на КСФ и на КОЕГМ. При исоощении всех фракций Тлимфоцитов в костном мозге и крови продукция КОЕГМ повышается, как показали Spitzer, Verma (1982). При добавлении к такому костному мозгу лимфоцитов, но не Тсупрессоров, пролиферация КОЕГМ повышается. Тсупрессоры костного мозга подавляют пролиферацию КОЕГМ.
Таким образом, в норме продукция КСФ, КОЕГМ и ее потомства регулируется по системе обратной связи: одни и те же клетки являются и стимуляторами, и ингибиторами своей продукции.
Описанная схема кроветворения демонстрирует, казалось бы, бессмысленную гиперпродукцию огромного количества клеток-предшественниц, способных к разнообразным дифференцировкам, в то время как организму при отклонениях от нормы необходимо восполнять какой-то один из рядов гемопоэза: при кровопотерях — эритроциты, при воспалении — гранулоциты и т. п. Действительно, основная масса клеток-предшественниц (которые тем не менее составляют ничтожный процент от общего количества миелокариоцитов) производится на всякий случай и, вероятно, погибает неиспользованной. Однако само по себе постепенное повышение чувстви ности к поэтинам (минимальное у КОЕГЭММТ, максимальное у KOJ позволяет отвечать дозированным увеличением необходимой в данный мент продукции: если кровопотеря (аноксия) невелика, то в кровь выбр вается дополнительно немного эритропоэтина, концентрация которого дс точна лишь для стимуляции КОЕЭ. При тяжелой аноксии выброс зри поэтина будет увеличен и его концентрации хватит для стимулировг уже и более ранних предшественников эритропоэза, что позволит увели1 конечную продукцию эритроцитов на 1—2 порядка (как это бывает острейшем гемолизе).
Сходная картина наблюдается в гранулопоэзе. Содержание нейтро лов и моноцитов в крови регулируется в основном колониестимулируюь фактором, большое количество которого ведет к повышению продук нейтрофилов, а малое — к моноцитозу. Накопление моноцитов, в свою с редь способствуя выработке простагландинов, изоферритина, подавл продукцию колониестимулирующего фактора и уровень нейтрофилов в кр снижается. Обратное соотношение между уровнем нейтрофилов и моноци в крови можно наблюдать в ряде клинических ситуаций, например, i туберкулезе, который может протекать с гранулоцитопенией и моноци зом в крови.
Регулирование необходимого в данный момент количества определен клеток. Изменение ситуации в самом организме или вне его (но предпо. жительно требующее от организма определенных действий) должно соп] вождаться немедленными реакциями крови, изменениями количества оп] деленных форменных элементов в ней. Подобные быстрые ответы не moi быть связаны сммедленными процессами клеточного деления, они o6eci чиваются существованием клеточных резервов, мобилизуемых по мере нес ходимости [Козинец Г. И. и др., 1982].
Хорошо известны два типа гранулоцитарных резерве сосудистый и костномозговой. Сосудистый гранулоцитарный резе] представляет собой относительно высокую концентрацию гранулоцит( вдоль стенки кровеносных сосудов, откуда они мобилизуются под влияние адреналина в результате даже небольших воздействий (нервное возбужд ние, прием пищи и т. п.). Обнаруживаемый при этом лейкоцитоз обычн невелик, он гранулоцитарный без омоложения формулы.
Значительно большим по объему выбрасываемых в русло гранулоцито является костномозговой резерв. Количество клеток этого грануле цитарного резерва в 30—50 раз превышает их количество в кровяном русл< В связи с этим изъятие из кровяного русла даже 30 млрд. лейкоцитов (прак тически всего лейкоцитарного содержимого крови) сопровождается лиш очень кратковременной лейкопенией, сменяющейся некоторым лейкоците зом. Костномозговой резерв меньше связан с адреналиновым эффектом он истощается либо постепенно, например, после цитостатической останов ки кроветворения, либо быстро — при инфекции. Мобилизация костномозго вого гранулоцитарного резерва в связи с инфекцией в значительной мер< связана с воздействием эндотоксинов.
При тотальном облучении в сверхеетальных дозах, когда в костном мозге не обнаруживается ни одного неповрежденного митоза и кроветворение полностью уничтожено, в периферической крови в течение минимум 5 дней сохраняется достаточное количество гранулоцитов за счет костномозгового резерва.
Вне депрессий кроветворения действие эндотоксинов не ограничивается выбросом резерва, они стимулируют гранулоцитопоэз, обусловливают выход в кровь менее зрелых элементов — палочкоядерный сдвиг, появление в крови метамиелоцитов, миелоцитов. Истощение костномозгового гранулоцитарного резерва при воздействии эндотоксинов характеризуется развитием лейкопении при очень высоком проценте палочкоядерных клеток. Так бывает при тяжелом остром сепсисе, массивной крупозной пневмонии и т. п.
Для эритроцитов специального костномозгового резерва нет, но они депонируются в сосудах кожи, селезенке. В депо происходит и некоторое деплазмирование крови. В селезенке соотношение плазма : эритроциты вместо 6 : 4 в норме становится равным 2 : 8. Сходные процессы некоторой концентрации эритроцитов наблюдаются и в кожных депо. Резервы эритроцитов относительно меньше, чем лейкоцитов.
Тромбоциты также не имеют специального резерва, хотя их концентрация в пристеночном сосудистом пространстве существенно выше. В отличие от лейкоцитов, изъятие из кровяного русла половины содержащегося в нем количества тромбоцитов уже может сказаться в виде некоторого (хотя и не всегда, и очень незначительного) падения их уровня.