Уніпотентні СК, спеціалізовані

Для утворення певних органів

Рис. 5.1. Генез стовбурних клітин

Позначення: ЕСК – ембріональна стовбурна клітина; СКК – стовбурна кістково-мозкова клітина; РСК – регіональна стовбурна клітина; СК гемопоетична (ГСК) – стовбурна гемопоетична клітина – попередниця всіх паростків кровотворення (рис. 5.2); УПК – уніпотентна клітина.

На більш пізніх стадіях ембріонального розвитку (5-12-й тижні внутрішньоутробного розвитку) відбувається наступна стадія диференціації і посилення спеціалізаціі ЕСК. Приблизно на 8-му тижні, коли завершується закладка органів і стадія ембріону переходить у стадію плоду, зародкові (фетальні) ЕСК втрачають ряд потенцій і перетворюються з плюріпотентних у мультипотентні (або поліпотентні) клітини. Вони при культивуванні “in vitro” здатні давати лише обмежену кількість клітинних фенотипів. Кінець ембріогенезу можна розглядати як перехідний період, коли ЕСК розселяються згідно з “хоумінгом” (від англ. home - дім) у різних частинах організму і перетворюються у регіональні стовбурні клітини (РСК). РСК є найбільш дозрілим типом стовбурних клітин. Вони виявляються у вигляді окремих включень у багатьох тканинах і органах сформованого плоду та дорослого організму.

Частина мультипотентних ЕСК наприкінці ембріогенезу мігрує у кістковий мозок, в якому потім і знаходиться, перетворюючись у регіональні стовбурні кістковомозкові клітини (СКК). Значна кількість СКК (90%) у кістковому мозку перебуває в стані спокою. Але під впливом регуляторних факторів, які виробляються в процесі взаємодії стовбурних клітин з клітинами строми кісткового мозку, деякі з СКК перетворюються у стовбурні гемопоетичні клітини (ГСК). Останні, залежно від потреби організму, починають ділитися і внаслідок диференціації започатковують ті чи інші паростки кровотворення – еритроцитарний, тромбоцитарний, гранулоцитарний, моноцитарно-макрофагальний чи лімфоцитарний. Лімфоцитарний паросток бере початок від стовбурної лімфоцитарної клітини (СЛК), а всі інші паростки – від стовбурної мієлоїдної клітини (СМК). Схему кровотворення наведено на рис. 5.2.

Серед регіональних СК зустрічаються вже не тільки мультипотентні, а й уніпотентні клітини (УПК), які спеціалізовані для утворення певних тканинних клітин. Зараз вважають, що при диференціації “in vivo” регіональні СК виявляють лише уніпотентні властивості, за рахунок чого відбувається фізіологічне оновлення тканин. Але при травматичному ушкодженні організму РСК, можливо, здатні відтворювати свою мультіпотентність через дерепресію заблокованих генів і сприяти регенерації різних типів клітин, однак певного зародкового листка.

Таким чином, ембріональні і регіональні СК утворюються на різних стадіях внутрішньоутробного розвитку, відрізняються походженням, рівнем дозрілості генома і ступенем диференціації. В основі розвитку стовбурних клітин і зародка у цілому лежать процеси послідовного включення і виключення генів, взаємодія клітин, що розмножуються, між собою та з клітинами мікрооточення, розробка гуморальних факторів, що регулюють клітинну проліферацію та диференціацію.

Стовбурні клітини на різних стадіях розвитку та диференціювання мають різні рівні експресії тих чи інших білків і відповідно до цього розрізняються своїми мембранними маркерами. Так, на поверхні мембран ЕСК експресовані ранні ембріональні антигени – SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, які дозволяють ідентифікувати ці клітини. Для ембріональних СК характерний високий рівень експресії теломерази і специфічного транскрипційного фактора Oct-4, який необхідний для підтримання фенотипу ЕСК, диференціювання та детермінації ранніх етапів ембріогенезу. На більш зрілих гемопоетичних СК експресований маркер CD34, на стромальних (мезенхіальних) СК – CD117, CD133 тощо.

ЕСК і РСК можна вважати недодиференційованими клітинами, вони протягом довгого часу здатні оновлювати власну популяцію, тобто репопулюють. Вони є тим “золотим фондом”, який організм використовуює при потребі у оновленні клітин тканин і органів. Від тривалості життя цих клітин залежить тривалість життя організму в цілому. У міру старіння кількість СК в органах прогресивно зменшується, про що свідчать дані щодо змін співвідношення СК до загальної кількості клітин:

на стадії органогенезу – 50: 50;

в ембріональній печінці – 1 ГСК: 100 тис. гематогенних клітин;

у кровотворній тканині дорослої людини – 1 ГСК: 2-10 млн некомітованих гематогенних клітин різного ступеня зрілості.

Вікове зниження кількості стовбурних клітин очевидно пов’язане зі зміною їх мікрооточення і, зокрема, зі зменшенням кількості стромальних клітин. Крім того, має місце конкуренція за лімітуючі фактори живлення між СК та диференційованими клітинами, які активно діляться і виробляють фактори, що блокують реалізацію мультипотентності СК.

Рис. 5.2. Гемопоез (схема утворення різних паростків кровотворення)

В останні 20 років стовбурні клітини викликають активний інтерес вчених у зв’язку з можливістю їх використання у різних галузях біології та медицини. Перш за все застосування стовбурних клітин є перспективною альтернативою трансплантації органів, тому що простіше оновити за допомогою СК втрачені функції органу, ніж пересадити його від генетично неідентичного донора. Оскільки ембріональні стовбурні клітини слабо диференційовані і на їх поверхні ще не повною мірою експресовані антигени гістосумісності, при їх введенні у чужерідний організм практично не виникають реакції відторгення.

Особливий інтерес пов’язується з потенціями СК у лікуванні важких спадкових і інфекційних хвороб. Адже, СК вже використовуються для поновлення функцій органів і тканин при хворобах Альцгеймера, Паркінсона, при міопатії, міастенії, цукровому діабеті, СНІД, онкологічних захворюваннях. Розглядається можливість застосування СК для лікування важких вроджених імунодефіцитів. Великі перспективи розкриваються для клонування тканин і органів на основі штучного вирощування стовбурних клітин. У косметології СК використовують для омолодження клітин шкіри тощо.

5.3. Характеристика клітин імунної системи

На сьогодні відомо, що в імунній відповіді бере участь велика кількість різних за походженням, морфологією та функціями клітин, а також гуморальні фактори, які синтезуються ними. Але найбільш важлива роль виконується А-клітинами, Т- і В-лімфоцитами та нульовими клітинами, які безпосередньо беруть участь в імунній відповіді і елімінації антигенів. Це так звані імунокомпетентні клітини.

Серед перелічених груп імунокомпетентних клітин безпосередньо до лімфоцитів належать Т- і В-лімфоцити та нульові клітини. Їх вміст у крові становить відповідно 55-60%, 25-30% і 10-20%. Загальна кількість лімфоцитів дорівнює приблизно 2х10¹². Лімфоцити здатні до циркуляції та рециркуляції. Тобто вони можуть потрапляти з лімфоїдних органів (місць утворення) у кровотік, проникати з кровоносних судин у тканини, лімфу і лімфатичні вузли, а звідти знову повертатися у кров. 90% рециркулюючих лімфоцитів проходять крізь лімфовузли і лише 10% потрапляє з капілярної кровоносної системи в інші нелімфоїдні тканини.

А-клітини (від англ. accessory) є допоміжними, оскільки допомагають лімфоцитам переробляти і розпізнавати антигени. Ця група включає клітини з фагоцитарною активністю (моноцити і макрофаги), а також дендритні (відросчасті) клітини.

За функціями виділяють два типи імунокомпетентних клітин: ефекторні і регуляторні.

Ефекторні функції пов’язані з конкретною дією тих чи інших клітин у відношенні до антигенів. До ефекторних клітин відносять:

макрофаги, які здійснюють фагоцитоз;

Т-ефектори, K- і NK-клітини, що забезпечують реакції кілингу;

В-лімфоцити, які відповідають за синтез антитіл та опосередковано за всі серологічні реакції з утворенням комплексу антиген-антитіло.

Серед допоміжніх клітин, які не належать до імунокомпетентних, ефекторні функції мають гранулоцити, здатні до фагоцитозу, та тучні клітини, які беруть участь у розвитку гіперчутливості негайного типу.

Регуляторні функції пов’язані із здатністю імуноцитів (імунокомпетентних клітин) виробляти різні біологічно активні речовини, що запускають та регулюють імунну відповідь. Регуляторні функції притамані макрофагам, Т-хелперам (Th-1, Th-2, Th-3), Т-супресорам, індукторам Т-хелперів та Т-супресорів, NK-клітинам.

Деякі клітини виконують особливі функції, вони здатні переробляти антигени і представляти їх лімфоцитам. Це – так звані антигенпрезентуючі клітини. Вони виносять епітопи перетравлених антигенів на поверхню цитоплазматичної мембрани, але не у вигляді окремих молекул, а у комплексі з антигенами головного комплексу гістосумісності (ГКГС, або МНС – від англ. Major histocompatibility complex). Комплекс епітоп + ГКГС розпізнається Т-лімфоцитами. До групи антигенпрезентуючих клітин належать дендритні клітини, макрофаги, В-клітини, фібробласти, купферівські клітини печінки, кератиноцити, клітини Лангерганса (у шкірі), ендотеліальні клітини судин і навіть деякі Т-лімфоцити.

В імунній відподі беруть участь тим чи іншим чином усі клітини білої крові, а також тромбоцити, еритроцити та клітини різних тканин. Їх взаємодія в процесі імунної відповіді відбувається завдяки специфічним рецепторам, які розташовані на поверхні мембран клітин, приймають хімічні сигнали від інших клітин та проводять ці сигнали всередину клітини.

Раніше вважали, що лише імуноцити і, особливо, Т-лімфоцити мають специфічні рецептори для взаємодії з іншими клітинами. Їх позначали буквою «Т» з додаванням порядкового номера. Наприклад, для Т-хелперів була встановлена наявність специфічних Т₄-рецепторів, для Т-супресорів – Т₈-рецепторів. З 1993 р. згідно з домовленостями Міжнародного семінару ці рецептори почали називати CD-рецепторами (від англ. Сluster of differentiation). Виявилося, що ті чи інші рецептори присутні на клітинах майже всіх тканин, однак відрізняються їх набори. Завдяки використанню моноклональних антитіл імуноцити було диференційовано за CD-маркерами. Було знайдено відмінності в межах субпопуляцій Т-лімфоцитів та відкрито явище дихотомії Т-хелперів на Th_{1 і} Th₂. Специфічні CD-рецептори є у різних популяцій В-лімфоцитів, моноцитів макрофагів, гранулоцитів тощо.