Гемопоэтические стволовые клетки: характеристика, функциональные свойства, использование в клинической практике.
Феофанова Н.А., Орловская И.А., Козлов В.А.
ГУ НИ институт клинической иммунологии СО РАМН, Новосибирск
I. Введение. II. Популяционная структура ГСК. III. Фенотипические характеристики ГСК. IV. Функциональные свойства ГСК. V. Регуляция функциональной активности ГСК (контроль «выбора судьбы»). VI. Трансплантация ГСК в клинической практике.
I. Введение
Гемопоэз представляет собой процесс непрерывного генерирования разнообразных типов зрелых клеток из примитивных предшественников. У человека, например, продуцируется ежедневно 200 миллиардов эритроцитов и 60 миллиардов нейтрофильных лейкоцитов. Поддержание этого процесса зависит от существования в кроветворных органах малочисленной популяции гемопоэтических стволовых клеток (ГСК), концентрация которых в костном мозге составляет 0,05-0,1 % ядросодержащих клеток. Одна-единственная стволовая клетка способна полностью восстановить всю гемопоэтическую систему организма [23], т.е. содержит в себе программу развития всех типов клеток крови и иммунной системы.
Гипотеза о наличии общего предшественника гемопоэтических клеток, как и сам термин “стволовая клетка”, принадлежит российскому гистологу А. А. Максимову [18]. Сам факт существования ГСК был установлен в 1961 г. в экспериментах по восстановлению гемопоэза у мышей, получивших смертельную дозу радиоактивного облучения, разрушающего стволовые клетки костного мозга. После трансплантации таким летально облученным животным донорских клеток костного мозга в селезенках реципиентов были обнаружены дискретные очаги гемопоэза, источник которых – единичные клоногенные клетки-предшественники [34].
Истинными ГСК можно считать лишь те клетки, которые способны репопулировать костный мозг и в течение длительного времени поддерживать кроветворение у летально облученных реципиентов. В экспериментах на животных репопулирующая способность клеток оценивается в серии трансплантаций клеток костного мозга (ККМ); все гемопоэтические линии успешно восстанавливаются клетками костного мозга «четвертичных» летально облученных реципиентов. Более того, способностью восстанавливать гемопоэз обладают ГСК периферической крови и фетальной печени. Истинные ГСК находятся вне клеточного цикла (в фазе Go), характеризуются низким уровнем метаболизма и энергетических процессов, что выявляется с помощью специфических красителей Rhlow Pylow, отражающих активность митоходриальных ферментов. Такие клетки пролиферируют крайне медленно (для отдельно взятой клетки эта частота составляет приблизительно одно деление в месяц у мыши) [6], они плюрипотентны и обладают высоким пролиферативным потенциалом. Эти клетки относятся к т.н. «молчащей популяции», микроокружение которых обеспечивает их самоподдержание.
II. Популяционная структура ГСК
В костном мозге существует определенная иерархия клеток, которую можно представить в виде пирамиды (рис.) Находящиеся на вершине этой пирамиды ГСК (HSC, hematopoietic stem cells) представляют собой гетерогенную по своим функциональным характеристикам популяцию. В настоящее время выделяют две субпопуляции ГСК: long-term hematopoietic stem cells (LT-HSC) и short-term hematopoietic stem cells (ST-HSC). Клетки этих популяций различаются по способности к самоподдержанию и кинетике прохождения клеточного цикла.
(рис. 1)
Клетки популяции LT-HSC обладают самой высокой репопулирующей активностью, необходимы для продолжительного поддержания гемопоэза и способны обеспечить самообновление гемопоэтической системы на протяжении всей жизни организма. Однако эти клетки не способны к быстрому восстановлению гемопоэза при трансплантации. Кроме того, эта популяция очень малочисленна, что создает сложности при трансплантации таких клеток в клинической практике.
При определенных условиях (воздействие 5-ФУ, некоторых цитокинов – SCF, Tpo) клетки LT-HSC популяции, начиная пролиферировать, переходят в компартмент ST-HSC с более ограниченной репопулирующей активностью. При трансплантации летально облученным реципиентам такие клетки восстанавливают гемопоэз значительно быстрее, чем LT-HSC, однако такое восстановление не является продолжительным и ограничивается периодом до 10 недель.
ST-HSC дают начало т.н. мультипотентным предшественникам (multipotent progenitors, MPP), обладающим самоподдерживающим потенциалом, ограниченным менее чем двумя неделями; МРР дают начало клеткам-предшественникам миелоидных и лимфоидных линий (common myeloid progenitors, CMP; common lymphoid progenitors, CLP), из которых после серии делений и образуются все зрелые клетки крови. В процессе продвижения по иерархическому ряду, т.е. коммитирования и дальнейшей дифференцировки пролиферативный потенциал кроветворных предшественников снижается; прогрессивно утрачивается способность к самоподдержанию.
III. Фенотипические характеристики ГСК
Морфологически ГСК неотличимы от лейкоцитов, однако они характеризуются отсутствием линия–специфических поверхностных антигенов (Lyn–) и наличием определенных поверхностных маркеров. В настоящее время методом проточной цитофлюориметрии с помощью моноклональных антител к антигенам клеточной поверхности можно выделять относительно однородные клеточные популяции. Показано, что у мыши все ГСК содержатся в так называемой популяции LKS (Lin-1–, Sca-1+, c-kit+). Данные о поверхностных маркерах, характеризующих определенные клеточные популяции, суммированы в таблице (таблица).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.