Блокнот ветеринарного врача
vetnote with love
Ветеринарная гематология
Перевод из
Schalm’s veterinary hematology. – 6th ed.
Секция 1. Гематопоэз.
Our company works according to the principle of individual approach to every client. This method allows us to succeed in tasks of any level.
Сокращения и аббревиатуры
AGM, аорта - гонада - мезонефрос;
Bmp, костный морфогенетический белок; 2,3 - DPG, 2,3 - дифосфоглицерат;
E#, день эмбрионального развития, где число указывает возраст эмбриона в днях после зачатия;
EPO, эритропоэтин;
fL, фемтолитр;
Gata1, 2 и 4, GATA - связывающие белки 1, 2 и 4;
HSC, гемопоэтические стволовые клетки;
Ihh, индийский еж;
IL, интерлейкин;
P#, день постнатального развития, где число указывает возраст новорожденного в днях после родов; pg, пикограмм;
PU.1, пуриновый бокс - связывающий фактор транскрипции;
Scl/Tal - 1, лейкоз стволовых клеток/T - фактор острого лейкоза.
Bmp, костный морфогенетический белок; 2,3 - DPG, 2,3 - дифосфоглицерат;
E#, день эмбрионального развития, где число указывает возраст эмбриона в днях после зачатия;
EPO, эритропоэтин;
fL, фемтолитр;
Gata1, 2 и 4, GATA - связывающие белки 1, 2 и 4;
HSC, гемопоэтические стволовые клетки;
Ihh, индийский еж;
IL, интерлейкин;
P#, день постнатального развития, где число указывает возраст новорожденного в днях после родов; pg, пикограмм;
PU.1, пуриновый бокс - связывающий фактор транскрипции;
Scl/Tal - 1, лейкоз стволовых клеток/T - фактор острого лейкоза.
Эмбриональное и фетальное кроветворение
Сложности развития кроветворной системы в значительной степени сохранялись на протяжении всей эволюции позвоночных. Понимание эмбрионального и фетального происхождения кроветворения дает важные сведения о функции взрослой кроветворной системы. Кроветворение у эмбриональных и фетальных животных интенсивно изучалось в течение нескольких десятилетий в качестве модели кроветворного прогресса у людей. Недавние технические достижения позволили исследователям охарактеризовать пространственные и временные отношения, а также клеточные и молекулярные механизмы кроветворного развития. В этой главе рассматривается базовая биология кроветворного развития у мыши (Mus musculus). Эта оценка будет подчеркивать кроветворные события на эмбриональной и фетальной стадиях развития, но также будет охватывать отдельные особенности неонатального кроветворения.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗВИТИЯ ГЕМОПОЭТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Структура и функции клеток
Клетки крови, вырабатываемые на разных стадиях развития, различаются по морфологии и функциям. Таким образом, примитивные («фетальные») клетки, вырабатываемые на ранних стадиях гестации, имеют заметно отличающиеся свойства от своих окончательных («взрослых») аналогов, вырабатываемых на поздних стадиях гестации и в постнатальной жизни. Этот принцип наиболее полно охарактеризован в клетках эритроидной линии. Примитивные эритроциты (эритроциты) образуются в желточном мешке, тогда как окончательные эритроциты вырабатываются печенью, а затем селезенкой и костным мозгом. Примитивные эритроциты образуют ядра в кровотоке примерно до 12,5 дня (E12.5) беременности, после чего ядра постепенно конденсируются, прежде чем будут сброшены между E14.5 и E16.5. Энуклеированные примитивные эритроциты сохраняют свой большой размер и могут оставаться в кровотоке вплоть до 5-го дня после рождения (P5). Как примитивные, так и дефинитивные эритроциты высвобождаются в течение большей части второй половины беременности (с E10 по E18), хотя соотношение меняется с течением времени от преимущественно примитивных к преимущественно дефинитивным эритроцитам.
Примитивные и дефинитивные эритроциты можно различить по их размеру. Объем примитивных эритроцитов варьируется от 465 до 530 фемтолитров (fL), что примерно в шесть раз больше, чем у дефинитивных эритроцитов. Содержание гемоглобина в примитивных эритроцитах, от 80 до 100 пикограмм (пг)/клетку, также почти в шесть раз превышает количество, обнаруженное в дефинитивных эритроцитах. Как примитивные, так и дефинитивные эритроциты имеют базофильную цитоплазму, когда они впервые производятся из-за обильного шероховатого эндоплазматического ретикулума, но базофилия отступает по мере достижения максимального содержания гемоглобина.
Клетки крови, вырабатываемые на разных стадиях развития, различаются по морфологии и функциям. Таким образом, примитивные («фетальные») клетки, вырабатываемые на ранних стадиях гестации, имеют заметно отличающиеся свойства от своих окончательных («взрослых») аналогов, вырабатываемых на поздних стадиях гестации и в постнатальной жизни. Этот принцип наиболее полно охарактеризован в клетках эритроидной линии. Примитивные эритроциты (эритроциты) образуются в желточном мешке, тогда как окончательные эритроциты вырабатываются печенью, а затем селезенкой и костным мозгом. Примитивные эритроциты образуют ядра в кровотоке примерно до 12,5 дня (E12.5) беременности, после чего ядра постепенно конденсируются, прежде чем будут сброшены между E14.5 и E16.5. Энуклеированные примитивные эритроциты сохраняют свой большой размер и могут оставаться в кровотоке вплоть до 5-го дня после рождения (P5). Как примитивные, так и дефинитивные эритроциты высвобождаются в течение большей части второй половины беременности (с E10 по E18), хотя соотношение меняется с течением времени от преимущественно примитивных к преимущественно дефинитивным эритроцитам.
Примитивные и дефинитивные эритроциты можно различить по их размеру. Объем примитивных эритроцитов варьируется от 465 до 530 фемтолитров (fL), что примерно в шесть раз больше, чем у дефинитивных эритроцитов. Содержание гемоглобина в примитивных эритроцитах, от 80 до 100 пикограмм (пг)/клетку, также почти в шесть раз превышает количество, обнаруженное в дефинитивных эритроцитах. Как примитивные, так и дефинитивные эритроциты имеют базофильную цитоплазму, когда они впервые производятся из-за обильного шероховатого эндоплазматического ретикулума, но базофилия отступает по мере достижения максимального содержания гемоглобина.
ПРИМИТИВНЫЙ ГЕМОПОЭЗ
Процессы, которые управляют примитивными и дефинитивными стадиями гемопоэза, а также события, которые регулируют переход между двумя стадиями, опосредованы совокупностью факторов. Факторы клеточной адгезии, факторы роста и факторы транскрипции, которые участвуют в этом процессе, часто поддерживают дифференциацию множественных типов гемопоэтических клеток, и зависимость данной клеточной линии от любой конкретной молекулы может различаться между примитивным и дефинитивным гемопоэзом.
Эритроидные клетки
Гемопоэз происходит в нескольких местах внутри эмбриона и во внеэмбриональных тканях. Первая фаза производства клеток крови, называемая примитивным гемопоэзом, отвечает за выработку элементов крови на самой ранней стадии эмбриогенеза. Примитивный гемопоэз происходит в висцеральном желточном мешке, начиная примерно с E7.0. Таким образом, примитивные гемопоэтические клетки являются одними из самых ранних отдельных тканей, которые дифференцируются в эмбрионе. Образование примитивных клеток быстро снижается после E11. Висцеральный желточный мешок или внеэмбриональная спланхноплевра (термин для структуры, в которой мезодерма и энтодерма непосредственно противопоставлены) возникает в результате миграции внеэмбриональной мезодермы, текущей из каудальной первичной полоски вдоль внутренней поверхности висцеральной энтодермы. Мезодермальные клетки, призванные инициировать и поддерживать кроветворение, были названы гемангиобластами, поскольку смежность примитивного кроветворения и васкулогенеза как в пространстве, так и во времени предполагает, что примитивные кроветворные и эндотелиальные клетки в желточном мешке имеют общего предка. Гемангиобласты возникают как недифференцированные клетки на стадии примитивной полоски и обязуются производить определенную клеточную линию до образования кровяных островков. Эти плюрипотентные клетки также могут дифференцироваться в другие ткани, происходящие из мезенхимы.
Между E7.5 и E9.0 гемангиобласты образуют множественные агрегаты, называемые кровяными островками. Каждый кровяной островок содержит центральное ядро из неприкрепленных внутренних гемангиобластов (кроветворных предшественников), окруженное ободом из веретенообразных внешних гемангиобластов (эндотелиальных предшественников). Ядросодержащие эритроидные клетки впервые распознаются в ядрах кровяных островков на E8.0 и становятся очевидными в циркуляции в сердечно-сосудистой системе, начиная с E8.25. На этой стадии эмбриональные эритробласты попадают в кровообращение, где они продолжают делиться примерно до E13.0.
Большинство клеток, образующихся во время примитивного кроветворения, относятся к эритроидной линии. Приверженные эритроидные колониеобразующие клетки поступают в желточный мешок примерно на E7.25. Эти клетки расширяются до E8.0, а затем дифференцируются в примитивные эритробласты; все колониеобразующие клетки полностью регрессируют к E9.0,34 что примерно соответствует самой ранней фазе дефинитивного эритропоэза. Примитивные эритробласты служат единственным источником эритроцитов у раннего эмбриона с E8.0 до примерно E10.534 и остаются важным источником эритроцитов до E13. Таким образом, эмбрионы с возрастом развития между E8.0 и E11, страдающие анемией, страдают дефектом примитивного эритропоэза. Интересно, что кажущиеся глубокими дефекты примитивного кроветворения, приводящие к стойким функциональным нарушениям во взрослом возрасте, могут и не вызывать аномального гематологического профиля у эмбриона.
Другие клетки
Недавние исследования показывают, что другие линии гемопоэтических клеток также генерируются в желточном мешке во время этой примитивной стадии развития кроветворения. Примитивные лимфоидные предшественники и даже некоторые взрослые стволовые клетки развиваются на E7.5 и впоследствии засеивают другие места кроветворения, включая область аорты - гонады - мезонефроса (AGM), пупочные сосуды и печень. Примитивные макрофаги были идентифицированы в желточном мешке на E8.0 4 - E9.0. Эксперименты in vitro продемонстрировали, что клетки желточного мешка E7.5 могут давать начало функциональным мегакариоцитарным предшественникам на E10.5. Многие гемангиобласты фактически служат би- или олиго-потентными предшественниками, включая те, которые способны к приверженности эритроцитарно-миелоидным, эритроцитарно-мегакариоцитарным, гранулоцитарно-макрофагальным и лимфоидным (В-клетки и Т-клетки)/миелоидным линиям. Также сообщалось, что стволовые клетки для тучных клеток возникают в желточном мешке во время примитивного кроветворения.
Эритроидные клетки
Гемопоэз происходит в нескольких местах внутри эмбриона и во внеэмбриональных тканях. Первая фаза производства клеток крови, называемая примитивным гемопоэзом, отвечает за выработку элементов крови на самой ранней стадии эмбриогенеза. Примитивный гемопоэз происходит в висцеральном желточном мешке, начиная примерно с E7.0. Таким образом, примитивные гемопоэтические клетки являются одними из самых ранних отдельных тканей, которые дифференцируются в эмбрионе. Образование примитивных клеток быстро снижается после E11. Висцеральный желточный мешок или внеэмбриональная спланхноплевра (термин для структуры, в которой мезодерма и энтодерма непосредственно противопоставлены) возникает в результате миграции внеэмбриональной мезодермы, текущей из каудальной первичной полоски вдоль внутренней поверхности висцеральной энтодермы. Мезодермальные клетки, призванные инициировать и поддерживать кроветворение, были названы гемангиобластами, поскольку смежность примитивного кроветворения и васкулогенеза как в пространстве, так и во времени предполагает, что примитивные кроветворные и эндотелиальные клетки в желточном мешке имеют общего предка. Гемангиобласты возникают как недифференцированные клетки на стадии примитивной полоски и обязуются производить определенную клеточную линию до образования кровяных островков. Эти плюрипотентные клетки также могут дифференцироваться в другие ткани, происходящие из мезенхимы.
Между E7.5 и E9.0 гемангиобласты образуют множественные агрегаты, называемые кровяными островками. Каждый кровяной островок содержит центральное ядро из неприкрепленных внутренних гемангиобластов (кроветворных предшественников), окруженное ободом из веретенообразных внешних гемангиобластов (эндотелиальных предшественников). Ядросодержащие эритроидные клетки впервые распознаются в ядрах кровяных островков на E8.0 и становятся очевидными в циркуляции в сердечно-сосудистой системе, начиная с E8.25. На этой стадии эмбриональные эритробласты попадают в кровообращение, где они продолжают делиться примерно до E13.0.
Большинство клеток, образующихся во время примитивного кроветворения, относятся к эритроидной линии. Приверженные эритроидные колониеобразующие клетки поступают в желточный мешок примерно на E7.25. Эти клетки расширяются до E8.0, а затем дифференцируются в примитивные эритробласты; все колониеобразующие клетки полностью регрессируют к E9.0,34 что примерно соответствует самой ранней фазе дефинитивного эритропоэза. Примитивные эритробласты служат единственным источником эритроцитов у раннего эмбриона с E8.0 до примерно E10.534 и остаются важным источником эритроцитов до E13. Таким образом, эмбрионы с возрастом развития между E8.0 и E11, страдающие анемией, страдают дефектом примитивного эритропоэза. Интересно, что кажущиеся глубокими дефекты примитивного кроветворения, приводящие к стойким функциональным нарушениям во взрослом возрасте, могут и не вызывать аномального гематологического профиля у эмбриона.
Другие клетки
Недавние исследования показывают, что другие линии гемопоэтических клеток также генерируются в желточном мешке во время этой примитивной стадии развития кроветворения. Примитивные лимфоидные предшественники и даже некоторые взрослые стволовые клетки развиваются на E7.5 и впоследствии засеивают другие места кроветворения, включая область аорты - гонады - мезонефроса (AGM), пупочные сосуды и печень. Примитивные макрофаги были идентифицированы в желточном мешке на E8.0 4 - E9.0. Эксперименты in vitro продемонстрировали, что клетки желточного мешка E7.5 могут давать начало функциональным мегакариоцитарным предшественникам на E10.5. Многие гемангиобласты фактически служат би- или олиго-потентными предшественниками, включая те, которые способны к приверженности эритроцитарно-миелоидным, эритроцитарно-мегакариоцитарным, гранулоцитарно-макрофагальным и лимфоидным (В-клетки и Т-клетки)/миелоидным линиям. Также сообщалось, что стволовые клетки для тучных клеток возникают в желточном мешке во время примитивного кроветворения.
ДЕФИНИТИВНЫЙ ГЕМОПОЭЗ
Вторая стадия производства клеток крови, называемая дефинитивным гемопоэзом, как полагают, возникает в первую очередь из AGM. AGM представляет собой аморфную полосу внутриэмбриональной спланхноплевры, которая охватывает дорсомедиальную стенку брюшной полости. Домен AGM является основным источником мезенхимных, дефинитивных гемопоэтических стволовых клеток (HSC), которые будут служить развивающемуся животному на поздней стадии беременности и в постнатальном периоде. Инициация дефинитивного гемопоэза колеблется между E8.5 и E9.25, при этом дефинитивные HSC проявляются в AGM не позднее E10. Пик продукции HSC в AGM происходит между E10.5 и E11.5, и в это время они составляют почти 10% всех клеток AGM. Хотя это и спорно, некоторые независимые от AGM HSC могут также возникать из аллантоиса, хориона, дефинитивной плаценты, пупочных артерий и желточного мешка. Фактический вклад этих вторичных участков в общую популяцию HSC еще предстоит определить. Однако плацента, по-видимому, играет особенно важную роль. Желточный мешок также, по-видимому, является существенным вторичным участком, поскольку он является источником множественных линий клеток-предшественников и остается в течение как минимум дня после того, как AGM остановила производство HSC.
Независимо от их исходного места синтеза de novo, HSC мигрируют в другие места, которые поддерживают дефинитивный гемопоэз: эмбриональная печень, затем эмбриональный тимус, фетальная селезенка и костный мозг (в этом порядке). Эти последние места назначения не производят HSC de novo, а скорее содержат ниши, подходящие для расширения вновь прибывших HSC. Пригодность таких ниш контролируется специфическими характеристиками их стромальных поддерживающих клеток. Эмбриональная печень колонизируется первой, по-видимому, потому, что она разделяет многие молекулярные и функциональные сходства с желточным мешком. Она обеспечивает основной локус для дефинитивного гемопоэза с E12 по E16. HSC попадают в эмбриональную печень несколькими последовательными волнами между E9.0 или E10.0 и E12. Первые HSC, попавшие в печень, являются плюрипотентными и могут образовывать любой тип гемопоэтических клеток. Их первым шагом во внутрипеченочном созревании является приверженность более ограниченному диапазону вариантов линий, как правило, как эритромиелоидный предшественник или общий миелолимфоидный предшественник. Окончательные эритроидные предшественники созревают и энуклеируются в эритроидных островках в печени перед тем, как попасть в кровоток. Миелолимфоидные предшественники, полученные из печени, впоследствии развиваются в бипотентные клетки (В-клетки и миелоидные или Т-клетки и миелоидные), прежде чем приступить к производству одной клеточной линии. Некоторые предшественники Т-клеток имеют бипотентную приверженность к линии NK-клеток. Предшественники Т-клеток, предназначенные для переноса в эмбриональный тимус, вырабатываются даже у бестимусных мышей, что указывает на то, что фетальная печень может играть роль в содействии ранней дифференцировке Т-клеток.
Эмбриональный тимус и фетальная селезенка засеваются либо из печени, либо из AGM, либо из обоих, начиная примерно с E13 для тимуса и с E15 для селезенки. Тимус обычно принимает только те HSC, которые предназначены для производства Т-клеток, тогда как другие мультипотентные миелолимфоидные элементы направляются в другие места. Количество предшественников Т-клеток в печени обильно на E12, но затем уменьшается, тогда как популяция внутрипеченочных предшественников В-клеток демонстрирует обратную тенденцию. Большинство типов дефинитивных гемопоэтических клеток в селезенке возникают из клеток-предшественников, которые предназначены для определенной линии перед тем, как покинуть печень. Мультипотентные HSC, попадающие в селезенку, прекращают пролиферацию и дифференцируются в зрелые макрофаги. Эти клетки могут регулировать внутриселезеночный эритропоэз.
Костный мозг впервые получает HSC из печеночных депо примерно на E16. После этого распределение колониеобразующих гемопоэтических предшественников смещается от преимущественно гепатоцентрической локализации на E18 через более дисперсное распределение (костный мозг, печень и селезенка примерно в равных количествах) на P2 к профилю, благоприятствующему костному мозгу и в меньшей степени селезенке на P4 и позже. Таким образом, костный мозг, печень и селезенка функционируют совместно, регулируя окончательный гемопоэз. Во время сотрудничества каждый орган поддерживает молекулярно отличную подгруппу гемопоэтических предшественников.
Активные гемопоэтические клетки-предшественники необходимы для развития всех типов клеток крови, наблюдаемых у взрослых животных. Эти клетки образуются в ходе дефинитивного кроветворения, которое представляет собой процесс образования клеток крови в костном мозге. Гемопоэтические стволовые клетки (HSC), полученные из области AGM, участвуют во всех основных линиях клеток крови, включая эритроидные (красные кровяные тельца), лимфоидные (В- и Т-клетки) и миелоидные (гранулоциты, моноциты, макрофаги) клетки. Популяция HSC, полученная из плаценты, поддерживает выработку эритроцитов, В- и Т-лимфоцитов и миелоидных клеток. В отличие от этого, HSC, полученные из желточного мешка, способствуют образованию только лимфоидных и миелоидных типов клеток. Еще предстоит определить, проявляют ли предшественники определенных линий клеток крови различные функциональные и молекулярные характеристики на поздних стадиях внутриутробной и послеродовой жизни.
Эмбрионы поздней стадии (E13–E15), плоды (E16 до рождения) и новорожденные, у которых проявляется анемия, страдают дефектом дефинитивного эритропоэза. Аномалии, связанные с этим проявлением, включают полное отсутствие дефинитивного кроветворения и неспособность клеток-предшественников должным образом колонизировать внутриэмбриональные участки кроветворения. Могут быть затронуты множественные клеточные линии; такой комбинированный эффект предполагает, что гемопоэтический дефект возникает в би- или мультипотентной стволовой клетке, а не в той, которая предназначена для формирования определенной клеточной линии. Проявление анемии поздней стадии также может быть результатом общей задержки роста и развития, а не целенаправленной аномалии в эритроцитарной линии.
У молодых животных количество циркулирующих кровяных клеток отличается от количества взрослых. Количество эритроцитов увеличивается более чем вдвое между рождением и ранней взрослой жизнью. Количество циркулирующих лейкоцитов при рождении составляет приблизительно 20% от уровня взрослых, а затем увеличивается до взрослого уровня к 6–7 неделям. Количество тромбоцитов у новорожденных составляет приблизительно одну треть.
Независимо от их исходного места синтеза de novo, HSC мигрируют в другие места, которые поддерживают дефинитивный гемопоэз: эмбриональная печень, затем эмбриональный тимус, фетальная селезенка и костный мозг (в этом порядке). Эти последние места назначения не производят HSC de novo, а скорее содержат ниши, подходящие для расширения вновь прибывших HSC. Пригодность таких ниш контролируется специфическими характеристиками их стромальных поддерживающих клеток. Эмбриональная печень колонизируется первой, по-видимому, потому, что она разделяет многие молекулярные и функциональные сходства с желточным мешком. Она обеспечивает основной локус для дефинитивного гемопоэза с E12 по E16. HSC попадают в эмбриональную печень несколькими последовательными волнами между E9.0 или E10.0 и E12. Первые HSC, попавшие в печень, являются плюрипотентными и могут образовывать любой тип гемопоэтических клеток. Их первым шагом во внутрипеченочном созревании является приверженность более ограниченному диапазону вариантов линий, как правило, как эритромиелоидный предшественник или общий миелолимфоидный предшественник. Окончательные эритроидные предшественники созревают и энуклеируются в эритроидных островках в печени перед тем, как попасть в кровоток. Миелолимфоидные предшественники, полученные из печени, впоследствии развиваются в бипотентные клетки (В-клетки и миелоидные или Т-клетки и миелоидные), прежде чем приступить к производству одной клеточной линии. Некоторые предшественники Т-клеток имеют бипотентную приверженность к линии NK-клеток. Предшественники Т-клеток, предназначенные для переноса в эмбриональный тимус, вырабатываются даже у бестимусных мышей, что указывает на то, что фетальная печень может играть роль в содействии ранней дифференцировке Т-клеток.
Эмбриональный тимус и фетальная селезенка засеваются либо из печени, либо из AGM, либо из обоих, начиная примерно с E13 для тимуса и с E15 для селезенки. Тимус обычно принимает только те HSC, которые предназначены для производства Т-клеток, тогда как другие мультипотентные миелолимфоидные элементы направляются в другие места. Количество предшественников Т-клеток в печени обильно на E12, но затем уменьшается, тогда как популяция внутрипеченочных предшественников В-клеток демонстрирует обратную тенденцию. Большинство типов дефинитивных гемопоэтических клеток в селезенке возникают из клеток-предшественников, которые предназначены для определенной линии перед тем, как покинуть печень. Мультипотентные HSC, попадающие в селезенку, прекращают пролиферацию и дифференцируются в зрелые макрофаги. Эти клетки могут регулировать внутриселезеночный эритропоэз.
Костный мозг впервые получает HSC из печеночных депо примерно на E16. После этого распределение колониеобразующих гемопоэтических предшественников смещается от преимущественно гепатоцентрической локализации на E18 через более дисперсное распределение (костный мозг, печень и селезенка примерно в равных количествах) на P2 к профилю, благоприятствующему костному мозгу и в меньшей степени селезенке на P4 и позже. Таким образом, костный мозг, печень и селезенка функционируют совместно, регулируя окончательный гемопоэз. Во время сотрудничества каждый орган поддерживает молекулярно отличную подгруппу гемопоэтических предшественников.
Активные гемопоэтические клетки-предшественники необходимы для развития всех типов клеток крови, наблюдаемых у взрослых животных. Эти клетки образуются в ходе дефинитивного кроветворения, которое представляет собой процесс образования клеток крови в костном мозге. Гемопоэтические стволовые клетки (HSC), полученные из области AGM, участвуют во всех основных линиях клеток крови, включая эритроидные (красные кровяные тельца), лимфоидные (В- и Т-клетки) и миелоидные (гранулоциты, моноциты, макрофаги) клетки. Популяция HSC, полученная из плаценты, поддерживает выработку эритроцитов, В- и Т-лимфоцитов и миелоидных клеток. В отличие от этого, HSC, полученные из желточного мешка, способствуют образованию только лимфоидных и миелоидных типов клеток. Еще предстоит определить, проявляют ли предшественники определенных линий клеток крови различные функциональные и молекулярные характеристики на поздних стадиях внутриутробной и послеродовой жизни.
Эмбрионы поздней стадии (E13–E15), плоды (E16 до рождения) и новорожденные, у которых проявляется анемия, страдают дефектом дефинитивного эритропоэза. Аномалии, связанные с этим проявлением, включают полное отсутствие дефинитивного кроветворения и неспособность клеток-предшественников должным образом колонизировать внутриэмбриональные участки кроветворения. Могут быть затронуты множественные клеточные линии; такой комбинированный эффект предполагает, что гемопоэтический дефект возникает в би- или мультипотентной стволовой клетке, а не в той, которая предназначена для формирования определенной клеточной линии. Проявление анемии поздней стадии также может быть результатом общей задержки роста и развития, а не целенаправленной аномалии в эритроцитарной линии.
У молодых животных количество циркулирующих кровяных клеток отличается от количества взрослых. Количество эритроцитов увеличивается более чем вдвое между рождением и ранней взрослой жизнью. Количество циркулирующих лейкоцитов при рождении составляет приблизительно 20% от уровня взрослых, а затем увеличивается до взрослого уровня к 6–7 неделям. Количество тромбоцитов у новорожденных составляет приблизительно одну треть.
ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕМОГЛОБИНА
Примитивные и определяющие эритроциты содержат набор из семи α- и β -глобинов, соотношение которых варьируется в зависимости от стадии развития. Α - глобины кодируются тремя генами ( θ , α1 и α2 ), тогда как β - глобины кодируются четырьмя основными генами ( ε γ , β H1, β min и β maj ). Глобины данного типа (например, α- или β- глобины) обычно существуют в виде серии тесно связанных гомологичных генов и родственных псевдогенов, расположенных на одной хромосоме; гены глобина мыши содержатся в хромосомах 7 (β - глобины) и 11 (α - глобины).Все семь генов глобина мыши транскрибируются во время развития эритроида, но выработка трех из них — θ , ε γ и β H1 — ограничена примитивными эритроцитами. 23 Следствием этого ограничения является то, что мышиные гены β -глобина, хотя и тесно связаны с человеческими глобинами в большинстве отношений, не соответствуют человеческому паттерну регуляции в последовательности их хромосомного расположения.
Степень экспрессии отдельных генов глобина и сочетание экспрессируемых генов глобина со временем меняются. Например, энуклеированные примитивные эритроциты содержат относительно больше β min, чем дефинитивные эритроциты. На E11.5 β min составляет приблизительно 80% β-глобина в кровотоке. Этот уровень снижается приблизительно на 60% при рождении. Примитивные эритроциты экспрессируют увеличивающиеся уровни взрослых глобинов по мере развития беременности, тогда как дефинитивные эритроциты содержат только варианты взрослых белков. Эта эволюция указывает на то, что характер экспрессии глобина переключается по мере замены примитивных эритроцитов дефинитивными эритроцитами. Молекулярные механизмы, которые регулируют процесс переключения, сложны. Время этого переключения между E10.5 и E12.5 совпадает с первоначальным подъемом дефинитивного эритропоэза. Нарушение синхронизации этого переключения характерно для некоторых моделей заболеваний кроветворной системы на мышах.
Успешное поддержание развивающегося зародыша зависит от преимущественного захвата кислорода в эмбриональных и фетальных тканях. Поэтому примитивные эритроциты, как правило, имеют более высокое сродство к кислороду, чем материнские эритроциты, хотя домашние кошки являются исключением. Эта секвестрация кислорода опосредована двумя основными механизмами. Механизм, относящийся к раннему эмбриональному периоду, заключается в большем сродстве эмбрионального гемоглобина в примитивных эритроцитах к кислороду по сравнению с гемоглобином взрослого организма. С другой стороны, дефинитивные эритроциты в позднем эмбрионе и плоде обладают более низкой концентрацией 2,3-дифосфоглицерата (2,3-DPG), чем материнские эритроциты. Более высокие уровни 2,3-DPG облегчают высвобождение кислорода в ткани. После рождения уровни содержания 2,3-DPG в эритроцитах повышаются до уровней взрослых в течение 10-15 дней.
Степень экспрессии отдельных генов глобина и сочетание экспрессируемых генов глобина со временем меняются. Например, энуклеированные примитивные эритроциты содержат относительно больше β min, чем дефинитивные эритроциты. На E11.5 β min составляет приблизительно 80% β-глобина в кровотоке. Этот уровень снижается приблизительно на 60% при рождении. Примитивные эритроциты экспрессируют увеличивающиеся уровни взрослых глобинов по мере развития беременности, тогда как дефинитивные эритроциты содержат только варианты взрослых белков. Эта эволюция указывает на то, что характер экспрессии глобина переключается по мере замены примитивных эритроцитов дефинитивными эритроцитами. Молекулярные механизмы, которые регулируют процесс переключения, сложны. Время этого переключения между E10.5 и E12.5 совпадает с первоначальным подъемом дефинитивного эритропоэза. Нарушение синхронизации этого переключения характерно для некоторых моделей заболеваний кроветворной системы на мышах.
Успешное поддержание развивающегося зародыша зависит от преимущественного захвата кислорода в эмбриональных и фетальных тканях. Поэтому примитивные эритроциты, как правило, имеют более высокое сродство к кислороду, чем материнские эритроциты, хотя домашние кошки являются исключением. Эта секвестрация кислорода опосредована двумя основными механизмами. Механизм, относящийся к раннему эмбриональному периоду, заключается в большем сродстве эмбрионального гемоглобина в примитивных эритроцитах к кислороду по сравнению с гемоглобином взрослого организма. С другой стороны, дефинитивные эритроциты в позднем эмбрионе и плоде обладают более низкой концентрацией 2,3-дифосфоглицерата (2,3-DPG), чем материнские эритроциты. Более высокие уровни 2,3-DPG облегчают высвобождение кислорода в ткани. После рождения уровни содержания 2,3-DPG в эритроцитах повышаются до уровней взрослых в течение 10-15 дней.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ РАЗВИТИЕ КРОВЕТВОРЕНИЯ
Для определения различных стадий развития клеток крови у млекопитающих необходим широкий спектр факторов роста, гормонов и транскрипционных факторов. Однако вся сеть, ответственная за управление каждым из этих процессов, еще не изучена до конца. Было показано, что изменения в уровнях нескольких транскрипционных факторов влияют на выработку клеток крови. Дефицит многих из этих молекул препятствует образованию примитивных клеток крови в желточном мешке, например, предотвращая развитие эритроидных предшественников. На образование эритроидных клеток влияет дефицит GATA-связывающего белка 1 (GATA-1), который препятствует созреванию эритроидов in vivo, GATA-2, который вызывает преждевременную гибель клеток-предшественников in vivo, и GATA-4 и 5, недостаток которых in vitro препятствует образованию гемангиобластами островков крови и связанные с ними кровеносные сосуды. Эти эффекты обусловлены важной ролью консенсусных последовательностей GATA в регуляции многих генов, участвующих в развитии эритроидов. Все клеточные линии подвержены влиянию фактора 1 (SCL/TAL-1), вызывающего лейкоз стволовых клеток/острый Т-клеточный лейкоз. Аномальные уровни транскрипционных факторов также могут нарушать процесс окончательного кроветворения на более поздних сроках беременности. Например, транскрипционный фактор 1, связывающий пуриновые клетки (PU.1), необходим для образования дефинитивных (происходящих из моноцитов) макрофагов, но не их примитивных аналогов (происходящих из желточного мешка). Эта разница в реакции интересна тем, что PU.1 сильно экспрессируется на ранних стадиях кроветворения, но его уровни со временем изменяются в различных клеточных линиях. Нормальное развитие многих клеток-предшественников, включая бипотенциальные эритроидные/мегакариоцитарные предшественники и предшественники В- и Т-клеток, требует снижения уровня PU.1, в то время как для производства миелоидных предшественников требуется увеличение уровня PU.1.
Секретируемые молекулы также являются важными регуляторами развития кроветворения во время беременности. Например, эритропоэтин (EPO) поддерживает как примитивный, так и дефинитивный эритропоэз, стимулируя пролиферацию и дифференциацию незрелых примитивных и дефинитивных эритроцитов. Снижение активности EPO в желточном мешке значительно снижает количество колониеобразующих клеток и эритробластов посредством чрезмерного апоптоза. Тромбопоэтин выполняет аналогичную функцию для мегакариоцитов, хотя также требуются другие цитокины (интерлейкин-3 [ИЛ-3], ИЛ-6) и факторы роста (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, фактор стволовых клеток). Другие сигнальные пути лиганда/рецептора, которые, как показано, влияют на развитие кроветворения, включают молекулу индийского ежа (molecule Indian hedgehog) (Ihh), полученную из эндодермы, и костный морфогенетический белок 4 (Bmp4), оба из которых участвуют в образовании кровяных островков и васкулогенезе в желточном мешке. В целом, секретируемые молекулы действуют посредством взаимодействия со специфическим фактором транскрипции
Молекулы клеточной адгезии семейства интегринов необходимы для правильной миграции гемопоэтических предшественников. Например, β1 - интегрины необходимы для того, чтобы HSC достигали печени эмбриона, а затем селезенки и костного мозга плода на соответствующих стадиях развития.Потеря β1 - интегринов предотвращает адгезивное взаимодействие между HSCs и эндотелиальными клетками, тем самым блокируя HSCs в сосудах.Некоторые интегрины выполняют дополнительные функции, помимо своей целевой функции. Потеря β1 - интегринов предотвращает адгезивное взаимодействие между HSCs и эндотелиальными клетками, тем самым блокируя HSCs в сосудах.Некоторые интегрины выполняют дополнительные функции, помимо своей целевой функции. Например, β4 - интегрины необходимы не только для правильного самонаведения, но и для размножения и дифференцировки предшественников эритроидных и В-клеток в печени, селезенке и костном мозге. Как и в случае с секретируемыми факторами, активность некоторых интегринов в большей степени относится к поздним срокам беременности и неонатальным стадиям, а не к более ранним стадиям развития кроветворения. Эта хронология была задокументирована для β4 - интегрина в отношении лимфоидной и миелоидной дифференцировки.
Секретируемые молекулы также являются важными регуляторами развития кроветворения во время беременности. Например, эритропоэтин (EPO) поддерживает как примитивный, так и дефинитивный эритропоэз, стимулируя пролиферацию и дифференциацию незрелых примитивных и дефинитивных эритроцитов. Снижение активности EPO в желточном мешке значительно снижает количество колониеобразующих клеток и эритробластов посредством чрезмерного апоптоза. Тромбопоэтин выполняет аналогичную функцию для мегакариоцитов, хотя также требуются другие цитокины (интерлейкин-3 [ИЛ-3], ИЛ-6) и факторы роста (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, фактор стволовых клеток). Другие сигнальные пути лиганда/рецептора, которые, как показано, влияют на развитие кроветворения, включают молекулу индийского ежа (molecule Indian hedgehog) (Ihh), полученную из эндодермы, и костный морфогенетический белок 4 (Bmp4), оба из которых участвуют в образовании кровяных островков и васкулогенезе в желточном мешке. В целом, секретируемые молекулы действуют посредством взаимодействия со специфическим фактором транскрипции
Молекулы клеточной адгезии семейства интегринов необходимы для правильной миграции гемопоэтических предшественников. Например, β1 - интегрины необходимы для того, чтобы HSC достигали печени эмбриона, а затем селезенки и костного мозга плода на соответствующих стадиях развития.Потеря β1 - интегринов предотвращает адгезивное взаимодействие между HSCs и эндотелиальными клетками, тем самым блокируя HSCs в сосудах.Некоторые интегрины выполняют дополнительные функции, помимо своей целевой функции. Потеря β1 - интегринов предотвращает адгезивное взаимодействие между HSCs и эндотелиальными клетками, тем самым блокируя HSCs в сосудах.Некоторые интегрины выполняют дополнительные функции, помимо своей целевой функции. Например, β4 - интегрины необходимы не только для правильного самонаведения, но и для размножения и дифференцировки предшественников эритроидных и В-клеток в печени, селезенке и костном мозге. Как и в случае с секретируемыми факторами, активность некоторых интегринов в большей степени относится к поздним срокам беременности и неонатальным стадиям, а не к более ранним стадиям развития кроветворения. Эта хронология была задокументирована для β4 - интегрина в отношении лимфоидной и миелоидной дифференцировки.
Строение костного мозга
Сокращения и аббревиатуры
HSC — гемопоэтические стволовые клетки;
RBC — эритроцит;
WBC — белые кровяные клетки.
RBC — эритроцит;
WBC — белые кровяные клетки.
Костный мозг — основной кроветворный орган у взрослых организмов и первичный лимфоидный орган. Костный мозг — диффузный орган, составляющий примерно 3% массы тела у крыс, 2% у собак и 5% у человека. Костномозговая ткань находится в центральных полостях осевых и длинных костей и состоит из синусоидальной системы, кроветворных клеток, жировой ткани, опорных ретикулярных клеток и внеклеточного матрикса. Сложная сосудистая сеть и богатая иннервация костного мозга отражают множественность сигналов, способствующих регуляции кроветворения. Костный мозг — это динамичный орган, способный к структурной и функциональной перестройке в ответ на факторы питания, эндокринные сигналы и изменения в потребности в производстве эритроцитов (эритроцитов), лейкоцитов (лейкоцитов) и тромбоцитов. В этой главе будет рассмотрена структура костного мозга с краткой концептуальной основой для структурных и
функциональные взаимоотношения между различными компонентами костного мозга. Более подробное обсуждение биохимического и молекулярного контроля кроветворения и кроветворной микросреды читатель может найти в главах 1 и 5.
функциональные взаимоотношения между различными компонентами костного мозга. Более подробное обсуждение биохимического и молекулярного контроля кроветворения и кроветворной микросреды читатель может найти в главах 1 и 5.
ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ СТРУКТУРЫ
Кроветворная ткань располагается в жесткой костной коре и дополнительно поддерживается сетью трабекулярной кости, которая служит частичным каркасом для дополнительных структурных компонентов, включая жировую ткань, ретикулярные клетки и внеклеточный матрикс. Помимо предоставления физической поддержки, каждая из этих структур вносит вклад в биохимическую микросреду кроветворной ткани, как напрямую, так и через сосудистые связи.
Слой эндостальных клеток толщиной от одной до двух клеток с тонким слоем соединительной ткани выстилает все костные поверхности внутри костномозговой полости. Этот слой иногда перемежается остеобластами и остеокластами костной ткани и может быть пересечен эндостальными кровеносными сосудами, соединяющими кроветворное пространство с костью. Остеобласты участвуют в образовании костной ткани и происходят из мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток-предшественников, которые также дают начало стромальным клеткам костного мозга и адипоцитам. Остеокласты - это многоядерные клетки, происходящие из слившихся моноцитарно- макрофагальных предшественников под влиянием многочисленных сигналов, в том числе исходящих от остеобластов. Остеобласты и остеокласты реконструируют кость в пространстве костного мозга, влияя на эндостальную среду и, вероятно, способствуя регуляции пролиферации гемопоэтических стволовых клеток и их транспортировке. Остеобласты и остеокласты также продуцируют кроветворные цитокины, и взаимодействие между костью и кроветворными клетками может влиять на обновление и ремоделирование костной ткани.
Тонкие, веретеновидные или звездчатые стромальные клетки распространяются от эндостальных областей в паренхиму кроветворной ткани. Эти клетки, вероятно, происходят из фибробластов костного мозга и образуют поддерживающую сеть для кроветворных клеток, жировой ткани и кровеносных сосудов. Стромальные клетки вырабатывают растворимые факторы, которые способствуют регуляции кроветворения, и взаимодействуют с кроветворными клетками-предшественниками посредством прямого межклеточного контакта. Стромальные клетки костного мозга вырабатывают структурные фибриллы, такие как коллаген, ретикулин, ламинин и фибронектин, а также основное вещество, состоящее из воды, солей, гликозаминогликанов и гликопротеинов, которые в совокупности называются внеклеточным матриксом. Как и поддерживающие клеточные структуры костного мозга, внеклеточный матрикс участвует как в структурной, так и в биохимической поддержке кроветворения.
Костный мозг содержит преимущественно коллаген I и III типов, которые принимают свою окончательную форму после секреции во внеклеточное пространство, где они подвергаются ферментативной модификации. Ретикулин отличается от коллагена в костном мозге наличием тонких аргирофильных волокон, которые состоят из ядра коллагена I типа, окруженного волокнами коллагена III типа, встроенными в матрицу гликопротеинов и гликозаминогликанов. Хотя тонкая соединительнотканная структура костного мозга не видна на обычно обрабатываемых гистологических срезах, специальные окраски могут улучшить ее визуализацию. Коллаген можно визуализировать с помощью трихромного окрашивания по Маллори или Массону, тогда как серебряное окрашивание по Гомори выявляет наличие ретикулина. Это может быть важно при патологических состояниях, при которых избыточная выработка матриксного материала способствует возникновению заболевания. Дифференциация коллагенового и ретикулинового фиброза может иметь диагностическое значение и влиять на вероятность обратимости поражения. Расширенный внеклеточный матрикс характерен и для других заболеваний костного мозга, выходящих за рамки классических синдромов миелофиброза.
Жировая ткань, перемежающаяся с кроветворной тканью, опутана одними и теми же опорными структурами. Связь между образованием костной и жировой ткани до конца не изучена. Адипоциты, вероятно, происходят из тех же мезенхимальных предшественников, которые производят стромальные клетки и остеобласты, и имеются некоторые доказательства взаимопревращения клеток, происходящих из комитированных остеобластических и адипогенных линий, полученных из популяции мезенхимальных предшественников. Адипоциты — самые многочисленные стромальные клетки костного мозга. У здоровых животных жировая ткань занимает примерно от 25% до 75% объема костного мозга в зависимости от возраста животного. Жировая ткань также содержит
другие типы клеток, которые менее заметны, чем адипоциты, на обычных гистологических срезах. Эти клетки также вносят вклад в структурную и функциональную роль жировой ткани в кроветворении и включают эндотелиальные клетки, макрофаги и клетки-предшественники адипоцитов. В костном мозге присутствует как бурая, так и белая жировая ткань; Различия в биологической функции этих типов жиров до конца не изучены. Жировая ткань костного мозга, как правило, относительно устойчива к липолизу во время голодания по сравнению с жировой тканью в других частях тела.
Помимо обеспечения структурной поддержки, жировая ткань также может участвовать в кроветворной микросреде. Клетки, полученные из жировой ткани костного мозга, способны поддерживать дифференцировку кроветворных предшественников in vitro. Важны также эндокринные и паракринные функции жировой ткани. Адипокины — биологически активные вещества, вырабатываемые жировой тканью, включают регуляторы кроветворения и иммунного ответа.
Слой эндостальных клеток толщиной от одной до двух клеток с тонким слоем соединительной ткани выстилает все костные поверхности внутри костномозговой полости. Этот слой иногда перемежается остеобластами и остеокластами костной ткани и может быть пересечен эндостальными кровеносными сосудами, соединяющими кроветворное пространство с костью. Остеобласты участвуют в образовании костной ткани и происходят из мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток-предшественников, которые также дают начало стромальным клеткам костного мозга и адипоцитам. Остеокласты - это многоядерные клетки, происходящие из слившихся моноцитарно- макрофагальных предшественников под влиянием многочисленных сигналов, в том числе исходящих от остеобластов. Остеобласты и остеокласты реконструируют кость в пространстве костного мозга, влияя на эндостальную среду и, вероятно, способствуя регуляции пролиферации гемопоэтических стволовых клеток и их транспортировке. Остеобласты и остеокласты также продуцируют кроветворные цитокины, и взаимодействие между костью и кроветворными клетками может влиять на обновление и ремоделирование костной ткани.
Тонкие, веретеновидные или звездчатые стромальные клетки распространяются от эндостальных областей в паренхиму кроветворной ткани. Эти клетки, вероятно, происходят из фибробластов костного мозга и образуют поддерживающую сеть для кроветворных клеток, жировой ткани и кровеносных сосудов. Стромальные клетки вырабатывают растворимые факторы, которые способствуют регуляции кроветворения, и взаимодействуют с кроветворными клетками-предшественниками посредством прямого межклеточного контакта. Стромальные клетки костного мозга вырабатывают структурные фибриллы, такие как коллаген, ретикулин, ламинин и фибронектин, а также основное вещество, состоящее из воды, солей, гликозаминогликанов и гликопротеинов, которые в совокупности называются внеклеточным матриксом. Как и поддерживающие клеточные структуры костного мозга, внеклеточный матрикс участвует как в структурной, так и в биохимической поддержке кроветворения.
Костный мозг содержит преимущественно коллаген I и III типов, которые принимают свою окончательную форму после секреции во внеклеточное пространство, где они подвергаются ферментативной модификации. Ретикулин отличается от коллагена в костном мозге наличием тонких аргирофильных волокон, которые состоят из ядра коллагена I типа, окруженного волокнами коллагена III типа, встроенными в матрицу гликопротеинов и гликозаминогликанов. Хотя тонкая соединительнотканная структура костного мозга не видна на обычно обрабатываемых гистологических срезах, специальные окраски могут улучшить ее визуализацию. Коллаген можно визуализировать с помощью трихромного окрашивания по Маллори или Массону, тогда как серебряное окрашивание по Гомори выявляет наличие ретикулина. Это может быть важно при патологических состояниях, при которых избыточная выработка матриксного материала способствует возникновению заболевания. Дифференциация коллагенового и ретикулинового фиброза может иметь диагностическое значение и влиять на вероятность обратимости поражения. Расширенный внеклеточный матрикс характерен и для других заболеваний костного мозга, выходящих за рамки классических синдромов миелофиброза.
Жировая ткань, перемежающаяся с кроветворной тканью, опутана одними и теми же опорными структурами. Связь между образованием костной и жировой ткани до конца не изучена. Адипоциты, вероятно, происходят из тех же мезенхимальных предшественников, которые производят стромальные клетки и остеобласты, и имеются некоторые доказательства взаимопревращения клеток, происходящих из комитированных остеобластических и адипогенных линий, полученных из популяции мезенхимальных предшественников. Адипоциты — самые многочисленные стромальные клетки костного мозга. У здоровых животных жировая ткань занимает примерно от 25% до 75% объема костного мозга в зависимости от возраста животного. Жировая ткань также содержит
другие типы клеток, которые менее заметны, чем адипоциты, на обычных гистологических срезах. Эти клетки также вносят вклад в структурную и функциональную роль жировой ткани в кроветворении и включают эндотелиальные клетки, макрофаги и клетки-предшественники адипоцитов. В костном мозге присутствует как бурая, так и белая жировая ткань; Различия в биологической функции этих типов жиров до конца не изучены. Жировая ткань костного мозга, как правило, относительно устойчива к липолизу во время голодания по сравнению с жировой тканью в других частях тела.
Помимо обеспечения структурной поддержки, жировая ткань также может участвовать в кроветворной микросреде. Клетки, полученные из жировой ткани костного мозга, способны поддерживать дифференцировку кроветворных предшественников in vitro. Важны также эндокринные и паракринные функции жировой ткани. Адипокины — биологически активные вещества, вырабатываемые жировой тканью, включают регуляторы кроветворения и иммунного ответа.
СОСУДИСТАЯ СЕТЬ И СТРОЕНИЕ СИНУСОВ
Питательная артерия обеспечивает основное кровоснабжение костного мозга (рис. 2.1). Питательные артерии входят в медуллярную полость через один или несколько питательных каналов, которые также могут содержать одну или две питательные вены. В длинных костях часто имеется две питающие артерии, а в плоских костях их может быть несколько. После того, как сосуды проникли в кору, от основных сосудов ответвляются восходящие и нисходящие ветви, которые огибают главный венозный костномозговой канал и центральную продольную вену. Эти ветви образуют многочисленные артериолы и капилляры, которые проникают в эндостальную поверхность кости и сообщаются с кортикальными капиллярами, происходящими от артерий, кровоснабжающих окружающую мышечную ткань (рис.1). Эти взаимодействия облегчают связь и взаимную регуляцию между кроветворными клетками и костью. Капилляры, отходящие от питательной артерии, достигают гаверсовых каналов, а затем возвращаются в костный мозг и открываются в венозные синусы.
Рис. 1 Организация венозного русла костного мозга длинной трубчатой кости. Тонкостенные сосудистые синусы берут начало на периферии от окончания поперечных ветвей питательной артерии (не показано). Сосудистые синусы идут поперечно к центру и соединяются с CV. Кроветворение происходит в пространстве между сосудистыми синусами. Адвентициальные отростки выступают в кроветворное пространство, вызывая частичную компартментализацию. (Воспроизведено из Lichtman MA. Ультраструктура кроветворной среды костного мозга:
обзор. Exp Hematol 1981;9:391 – 410, с
разрешение.)
обзор. Exp Hematol 1981;9:391 – 410, с
разрешение.)
Периостальные артериолы проникают в кортикальную часть кости, образуя вторую артериальную систему для костного мозга. Эти сосуды образуют разветвленную сеть костномозговых венозных синусов. Мозговые венозные синусы соединяются в большой центральный венозный синус, из которого кровь поступает в системный кровоток через эмиссарную вену, которая выходит через питательное отверстие.
Кроветворение происходит во внесосудистых пространствах между венозными синусами и имеет тесную морфологическую и функциональную взаимосвязь с клетками, выстилающими венозные синусы. Венозные синусы выстланы полным просветным слоем широких плоских эндотелиальных клеток и неполным наружным слоем аблуминальных ретикулярных клеток (рис. 2.2). Ретикулярные клетки поддерживают тесные физические связи с гемопоэтическими клетками, расположенными вблизи стенок синуса, часто обволакивая или иным образом контактируя с гемопоэтическими предшественниками. Базальная пластинка между синусоидами и кроветворным пространством тонкая и прерывистая, что облегчает попадание зрелых кроветворных клеток в кровоток. Эндотелиальные клетки синуса могут регулировать перемещение клеток и других веществ в системный кровоток. Ультраструктурно эндотелиальные клетки синуса имеют четкие клеточные соединения, которые не являются плотными, и наблюдался выход гемопоэтических клеток через миграционные поры в эндотелиальных клетках. Другие твердые частицы могут проникать в эндотелиальные клетки синуса в процессе эндоцитоза.
Кроветворение происходит во внесосудистых пространствах между венозными синусами и имеет тесную морфологическую и функциональную взаимосвязь с клетками, выстилающими венозные синусы. Венозные синусы выстланы полным просветным слоем широких плоских эндотелиальных клеток и неполным наружным слоем аблуминальных ретикулярных клеток (рис. 2.2). Ретикулярные клетки поддерживают тесные физические связи с гемопоэтическими клетками, расположенными вблизи стенок синуса, часто обволакивая или иным образом контактируя с гемопоэтическими предшественниками. Базальная пластинка между синусоидами и кроветворным пространством тонкая и прерывистая, что облегчает попадание зрелых кроветворных клеток в кровоток. Эндотелиальные клетки синуса могут регулировать перемещение клеток и других веществ в системный кровоток. Ультраструктурно эндотелиальные клетки синуса имеют четкие клеточные соединения, которые не являются плотными, и наблюдался выход гемопоэтических клеток через миграционные поры в эндотелиальных клетках. Другие твердые частицы могут проникать в эндотелиальные клетки синуса в процессе эндоцитоза.
ИННЕРВАЦИЯ
Первичная иннервация костного мозга осуществляется миелинизированными и более многочисленными безмиелинизированными волокнами. Эти волокна берут начало в спинномозговом нерве, соответствующем расположению питательного отверстия, хотя некоторая иннервация может исходить из эпифизарных и метафизарных отверстий. Попав в костномозговую полость, смешанные миелинизированные и немиелинизированные нервные пучки, окруженные тонким периневрием, разделяются, проходя параллельно артериальной сосудистой сети костного мозга. Главные ветви артериальных сосудов окружены несколькими нервными пучками, тогда как артериолы и капилляры могут сопровождаться только одним волокном, при этом нервные окончания контактируют с сосудистыми гладкомышечными клетками или периартериальными адвентициальными и ретикулярными клетками.
Синусоидальная система менее богата иннервацией, чем артериальная сосудистая сеть, при этом нервные окончания часто контактируют со стенками синусоидов. Другие нервные волокна, по-видимому, заканчиваются в пределах кроветворной материнской клетки.
химусе или вдоль эндоста. Неясно, существует ли общая или раздельная иннервация костной и кроветворной ткани, хотя по крайней мере некоторые нервные волокна в костном мозге, по-видимому, происходят из минерализованной кости. Костный мозг содержит эфферентные норадренергические и пептидергические симпатические и предполагаемые чувствительные нервные волокна. Имеются некоторые данные о том, что сигналы симпатической нервной системы могут способствовать регуляции кроветворения, иммунной функции и миграции гемопоэтических стволовых клеток.
Синусоидальная система менее богата иннервацией, чем артериальная сосудистая сеть, при этом нервные окончания часто контактируют со стенками синусоидов. Другие нервные волокна, по-видимому, заканчиваются в пределах кроветворной материнской клетки.
химусе или вдоль эндоста. Неясно, существует ли общая или раздельная иннервация костной и кроветворной ткани, хотя по крайней мере некоторые нервные волокна в костном мозге, по-видимому, происходят из минерализованной кости. Костный мозг содержит эфферентные норадренергические и пептидергические симпатические и предполагаемые чувствительные нервные волокна. Имеются некоторые данные о том, что сигналы симпатической нервной системы могут способствовать регуляции кроветворения, иммунной функции и миграции гемопоэтических стволовых клеток.
РИСУНОК 2 Сканирующая электронная микрофотография костного мозга крысы, показывающая развивающиеся клетки в кроветворных пространствах (ГП), анастомозирующих венозных синусоидах (ВС) и центральной вене (ЦВ). 290 × . (Подготовлено при содействии доктора Према Хандагамы.)
КЛЕТОЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
Сложный трехмерный комплекс кроветворных клеток образует тяжи или клинья между сосудистыми синусами внутри костномозговой полости (рис. 2.3). Различные клеточные линии занимают определенные места: гранулоциты, лимфоциты и макрофаги концентрируются вблизи эндоста и артериол, а мегакариоциты и эритроидные клетки располагаются вблизи венозных синусов.
Гемопоэтические клетки происходят из общей плюрипотентной стволовой клетки, которая дает начало лимфоидным и миелоидным клеткам-предшественникам. Лимфоидные клетки-предшественники генерируют потомство лимфоцитов, тогда как миелоидные клетки-предшественники генерируют эритроидные клетки, мегакариоциты, базофилы, эозинофилы и общую гранулоцитарно-макрофагальную клетку, которая продуцирует нейтрофилы и макрофаги. Каждая клеточная линия демонстрирует пирамидальную прогрессию числа клеток, при этом наименее зрелые клетки представлены в наименьшем количестве, а клетки на последующих стадиях развития представлены в возрастающих пропорциях.
Мегакариоциты
Развитие мегакариоцитов начинается с мегакариобласта, прогрессирует до промегакариоцитов и базофильных мегакариоцитов и завершается образованием зрелых мегакариоцитов. Предшественники мегакариоцитов постепенно увеличиваются по мере дифференциации, становясь самой крупной клеткой в костном мозге. Их ядра созревают из одного ядра в большое многодольчатое ядро посредством процесса, называемого эндомитозом, который представляет собой репликацию ДНК без клеточного деления. Цитоплазма ранних предшественников мегакариоцитов сканируется и становится глубоко базофильной, становясь более обильной, слегка базофильной и заполненной многочисленными эозинофильными гранулами по мере созревания клетки.
По мере созревания мегакариоциты мигрируют к венозным синусам и могут составлять часть слоя эндотелиальных клеток. Такое расположение позволяет цитоплазматическим отросткам распространяться через эндотелиальные щели и выбрасывать протромбоциты непосредственно в просвет синуса. Тромбоциты высвобождаются из протромбоцитарных отростков в периферическое кровообращение (см. Главу 9).
Эритробластические (рубробластические) островки
Стадии эритропоэза включают рубробласты, прорубрициты, рубрициты, метарубрициты, ретикулоциты и зрелые эритроциты (см. Главу 6). По мере созревания эритроидных предшественников клетки становятся меньше, ядерно-цитоплазматическое соотношение уменьшается, цитоплазма становится менее базофильной и более полихроматофильной, а ядерный хроматин уплотняется. У млекопитающих ядро выдавливается перед созреванием в зрелую клетку. Эритропоэз происходит в отдельных эритробластических островках (рис. 2.3), которые представляют собой скопления клеток, которые иногда можно наблюдать в цитологических образцах костного мозга. Эритробластические островки образуются вокруг центрального макрофага, который проецирует мембранные отростки для содействия эритропоэзу, обеспечивая железом и, вероятно, другими питательными веществами и гемопоэтическими цитокинами. Эти макрофаги также фагоцитируют вытесненные ядра и дефектные клетки. Эритроидное потомство находится в концентрических кругах, окружающих центральный макрофаг, а более молодые формы находятся ближе к макрофагу. Центральные макрофаги набираются из подгруппы резидентных макрофагов, полученных из предшественников моноцитов. Эритробластические островки расположены вблизи венозных синусов. Недавнее исследование эритропоэза в костном мозге крыс предполагает, что эритробластические островки подвижны и мигрируют к синусоидам по мере созревания, и что эритробластические островки состоят из клеток на схожих стадиях развития эритроидов.
Гемопоэтические клетки происходят из общей плюрипотентной стволовой клетки, которая дает начало лимфоидным и миелоидным клеткам-предшественникам. Лимфоидные клетки-предшественники генерируют потомство лимфоцитов, тогда как миелоидные клетки-предшественники генерируют эритроидные клетки, мегакариоциты, базофилы, эозинофилы и общую гранулоцитарно-макрофагальную клетку, которая продуцирует нейтрофилы и макрофаги. Каждая клеточная линия демонстрирует пирамидальную прогрессию числа клеток, при этом наименее зрелые клетки представлены в наименьшем количестве, а клетки на последующих стадиях развития представлены в возрастающих пропорциях.
Мегакариоциты
Развитие мегакариоцитов начинается с мегакариобласта, прогрессирует до промегакариоцитов и базофильных мегакариоцитов и завершается образованием зрелых мегакариоцитов. Предшественники мегакариоцитов постепенно увеличиваются по мере дифференциации, становясь самой крупной клеткой в костном мозге. Их ядра созревают из одного ядра в большое многодольчатое ядро посредством процесса, называемого эндомитозом, который представляет собой репликацию ДНК без клеточного деления. Цитоплазма ранних предшественников мегакариоцитов сканируется и становится глубоко базофильной, становясь более обильной, слегка базофильной и заполненной многочисленными эозинофильными гранулами по мере созревания клетки.
По мере созревания мегакариоциты мигрируют к венозным синусам и могут составлять часть слоя эндотелиальных клеток. Такое расположение позволяет цитоплазматическим отросткам распространяться через эндотелиальные щели и выбрасывать протромбоциты непосредственно в просвет синуса. Тромбоциты высвобождаются из протромбоцитарных отростков в периферическое кровообращение (см. Главу 9).
Эритробластические (рубробластические) островки
Стадии эритропоэза включают рубробласты, прорубрициты, рубрициты, метарубрициты, ретикулоциты и зрелые эритроциты (см. Главу 6). По мере созревания эритроидных предшественников клетки становятся меньше, ядерно-цитоплазматическое соотношение уменьшается, цитоплазма становится менее базофильной и более полихроматофильной, а ядерный хроматин уплотняется. У млекопитающих ядро выдавливается перед созреванием в зрелую клетку. Эритропоэз происходит в отдельных эритробластических островках (рис. 2.3), которые представляют собой скопления клеток, которые иногда можно наблюдать в цитологических образцах костного мозга. Эритробластические островки образуются вокруг центрального макрофага, который проецирует мембранные отростки для содействия эритропоэзу, обеспечивая железом и, вероятно, другими питательными веществами и гемопоэтическими цитокинами. Эти макрофаги также фагоцитируют вытесненные ядра и дефектные клетки. Эритроидное потомство находится в концентрических кругах, окружающих центральный макрофаг, а более молодые формы находятся ближе к макрофагу. Центральные макрофаги набираются из подгруппы резидентных макрофагов, полученных из предшественников моноцитов. Эритробластические островки расположены вблизи венозных синусов. Недавнее исследование эритропоэза в костном мозге крыс предполагает, что эритробластические островки подвижны и мигрируют к синусоидам по мере созревания, и что эритробластические островки состоят из клеток на схожих стадиях развития эритроидов.
РИСУНОК 2.3 Схематическое изображение кроветворного отсека медуллярной полости. Кроветворение происходит в тяжах, состоящих из дифференцирующихся кроветворных клеток, стромальных клеток, адвентициальных ретикулярных клеток, адипоцитов и эндотелиальных клеток. Мегакариоциты (Мега) находятся около синусов, сбрасывая тромбоциты непосредственно в синус. Эритропоэз происходит вокруг макрофагов, называемых эритроидными островками. Некоторые данные свидетельствуют о структурных различиях в расположении примитивных и дифференцированных клеток, при этом более примитивные клетки располагаются ближе к поверхности кости. (Воспроизведено из Sieff C, Williams D. Hemopoiesis. In: Handin R, Lux S, Stossel T, eds. Blood: Principles and Practice of Hematology. Philadelphia: JB Lippincott, 1995, с разрешения.)
AGM, аорта - гонада - мезонефрос
HSC, гемопоэтические стволовые клетки
P#, день постнатального развития, где число указывает возраст новорожденного в днях после
Важно понимать, что для протекания различных процессов нужны различные условия, чтобы эти процессы могли работать. Например, вода не может превратиться в лед при плюсовой температуре. В клетках так же нужны определенные условия. Синтез, расщепления и другие процессы возможны благодаря ферментам, которые могут функционировать в определенных условиях. Чтобы делать ОДНОВРЕМЕННО несколько процессов, а не ждать каждый раз смены условий, эволюцией был придуман уникальный механизм - Компартментализация.
Компартментализация или компартментация - разделение клеток эукариот на отсеки (компартменты), покрытые оболочкой из бислоя липидов (т.е. отделенные мембраной), в которых локализованы определенные биохимические процессы. Примерами компартментов могут быть митохондрии, хлоропласты, пероксисомы, лизосомы, эндоплазматический ретикулум, ядро клетки и аппарат Гольджи.
Компартментализация или компартментация - разделение клеток эукариот на отсеки (компартменты), покрытые оболочкой из бислоя липидов (т.е. отделенные мембраной), в которых локализованы определенные биохимические процессы. Примерами компартментов могут быть митохондрии, хлоропласты, пероксисомы, лизосомы, эндоплазматический ретикулум, ядро клетки и аппарат Гольджи.