1.Фізіологія гемопоезу
1.1. Стовбурові клітини. Кров містить багато типів клітин, що виконують зовсім різні функції: від транспорту кисню до вироблення антитіл. Деякі з цих клітин функціонують виключно в межах кровоносної системи, а інші використовують її лише для транспорту, а свої функції виконують в інших місцях. Однак життєвий цикл всіх клітин крові деякою мірою схожий. У всіх них час існування обмежений, і вони безперервно утворюються протягом усього життя людини. І, наприкінці, суттєвим є те, що всі вони походять від одного того ж типу стовбурових клітин кісткового мозку. Таким чином, ця гемопоетична, або кровотворна, стовбурова клітина плюрипотентна, оскільки дає початок усім видам термінально диференційованих клітин крові [1].
Клітини крові можна розділити на червоні і білі – еритроцити і лейкоцити. Еритроцити залишаються в межах кровоносних судин і переносять О2, зв’язаний з гемоглобіном. Лейкоцити борються з інфекцією, а також поглинають і перетравлюють залишки зруйнованих клітин і т.п., виходячи для цього через стінки капілярів в тканини. Крім цього, в крові у великих кількостях містяться тромбоцити, що являють собою не звичайні цілі клітини, а дрібні клітинні фрагменти, або “міні-клітини”, що відокремилися від кортикальної цитоплазми великих клітин, що називаються мегакаріоцитами. Тромбоцити специфічно прилипають до ендотеліальної вистилки уражених кровоносних судин, де допомагають у відновленні їх стінки і беруть участь у процесі згортання крові. Різні типи клітин крові і їх функції наведено в табл.1.
В той час як кожен еритроцит схожий на всякий інший еритроцит, а тромбоцит на інший тромбоцит, лейкоцити поділяються на ряд різних класів, На основі морфологічних особливостей, які видно в світловий мікроскоп, їх традиційно поділяють на три головні групи: гранулоцити, моноцити і лімфоцити. Всі гранулоцити містять численні лізосоми і секреторні гранули, і отримали свої назви за відмінний характер забарвлення цих гранул. Різниця в забарвленні відображує важливі хімічні і функціональні особливості. Нейтрофіли (які називать також поліморфноядерними лейкоцитами через багатодільні ядра) найчисленніші з гранулоцитів, захоплюють, вбивають і перетравлюють мікроскопічні організми, особливо бактерії. Базофіли виділяють гістамін (а у деялих видів серотонін), який бере участь у запальних реакціях. Еозинофіли допомагають у руйнуванні паразитів і впливають на алергічні реакції.
Моноцити, виходячи з кров’яного русла, стають макрофагами, які поряд з нейтрофілами є головними “професіональними фагоцитами”. Обидва типа фагоцитів містять спеціалізовані органели, які зливаються з новоутвореними фагоцитозними гранулами (фагосомами) і атакують поглинуті мікроорганізми за допомогою високореактивних молекул супероксида (О2) і гіпохлорита (НОСІ), а також концентрованої суміші лізосомних гідролаз. Макрофаги, однак, значно більші за розмірами і довше живуть, ніж нейтрофіли, а до того ж мають унікальну особливість перетравлювати великі мікроорганізми, такі як найпростіші.
Табл. 1*
| Тип клітин | Головні функції | Нормальний вміст в крові людини (в 1 л) |
| Еритроцити | Транспортують О2 і СО2 | 5 х 1012[bmp1] |
| Лейкоцити 1.Гранулоцити а)нейтрофіли (поліморфноядерні лейкоцити) б)еозинофіли в)базофіли 2.Моноцити 3.Лімфоцити а)В-клітини б)Т-клітини 4.Клітини-кіллери (NK-клітини) | Фагоцитують і руйнують бактерії Руйнують більші паразитичні організми і впливають на алергічні запальні реакції Виділяють гістамін і серотонін при деяких імунних реакціях Стають макрофагами в тканинах, де фагоцитують і переварюють бактерії, інорідні тіла і старіючі клітини Виробляють антитіла Вбивають клітини, інфіковані вірусом, і регулюють активність інших лейкоцитів Вбивають клітини, інфіковані вірусом, і клітини деяких пухлин | 5 х 109 2 х 10 8 4 х 107 4 х 108 2 х 109 1 х 109 1 х 108 |
| Тромбоцити | Ініціюють згортання крові | 3 х 1011 |
* Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки: В 3-х томах. Т.3. – М.: Мир, 1994. С.179.
Лімфоцити беруть участь у імунній відповіді і представлені двома головними класами: В-лімфоцити виробляють антитіла, а Т-лімфоцити вбивають клітини, інфіковані вірусом, і регулюють активність інших лейкоцитів. Крім того, існують лімфоцитоподібні клітини, що називаються природними кіллерами, які здатні вбивати деякі види пухлинних та інфікованих вірусом клітин.
Утворення клітин крові (гемопоез) піддається складному контролю, при якому кількість клітин кожного типу регулюється індивідуально, відповідно до зміни потреб організму.
На вершині ієрархії кліти-попередників знаходиться клітина, що дуже рідко зустрічається – плюрипотентна стовбурова клітина. Ця клітина внаслідок сохастичного процесу самооновлюється або диференціюється в одному з трьох напрямків: в мієлоїдну стовбурову клітину, в клітину-попередник, якій судилося стати В-клітиною в кістковому мозку, або в клітину, яка зазнає Т-клітинного диференціювання в тимусі. Мієлоїдні стовбурові клітини можуть в подальшому диференціюватися в родоначальників еозинофільного ряду, в клітини, що мають здатність розвиватися у трьох напрямках – по еритроїдному, мегакаріоцитарному або базофільному, або стати родоначальниками фагоцитів. Ці мультипотентні родоначальники в підсумку диференціюються в уніпотентні комітовані клітини. Вони стають клітинами-попередниками, які під дією гемопоетичних ростових факторів, специфічних для конкретних клітинних ліній, перетворюються на морфологічно розрізнені кровотворні клітини.
Різні типи кров’яних клітин і їх найближчих попередників у кістковому мозку можнаі впізнати за зовнішнім виглядом. Вони перемішані один з одним, а також з жировими клітинами і фібробластами, що утворюють ніжну опорну сітку колагенових волокон та інші компоненти позаклітинного матриксу. Крім того, вся тканина пронизана тонкостінними кровоносними судинами (кров’яними синусами), в які переходять новоутворені клітини крові. Є також мегакаріоцити; на відміну від інших кров’яних клітин вони залишаються в кістковому мозку і після дозрівання, складаючи одну з найпомітніших гістологічних особливостей цієї тканини; вони надзвичайно великі (до 60мкм в діаметрі) і мають високополіплоїдне ядро [1,4]. В нормальних умовах мегакаріоцити обліплюють стінки кров’яних синусів і протягують свої відростки через отвори в їх ендотеліальній вистелці; від цих відростків відокремлюються тромбоцити, які потім відносить кров.
1.2. Ростові фактори та механізм їх дії. Кровотворна система знаходиться під контролем ростових факторів, що виробляються не лише у кістковому мозку, а й в усіх тканинах. Вони працюють у тісному зв’язку для забезпечення стабільного гемопоезу і задовільнення неочікуваних вимог у кровотворних клітинах шляхом підвищення їх продукції в одному чи багатьох кровотворних компартментах.
Дотепер відомо вже не менше 20 факторів росту гемопоетичних клітин, з яких найкраще вивчено фактор стовбурових клітин (SCF, C-kit ligand), інтерлейкін 1 (ІL-1), ІL-3, ІL-6, ІL-11, гранулоцито-моноцитарний колонієстимулюючий фактор (GM-CSF), гранулоцитарний колонієстиму-
люючий фактор (G-CSF), моноцитарний колонієстимулюючий фактор (М- CSF), фактор, що стимулює ріст і розвиток еритроїдних попередників – еритропоетин, фактор росту і розвитку мегакаріоцитів, або тромбопоетин. Відомі також інгібітори гемопоезу – макрофагальний протеїн-1a і фактор,що пригнічує гранулопоез – трансформуючий ростовий фактор b [цит. по 2].
Рецептори ранніх ростових факторів широко представленні на кровотворних клітинах. Вони були знайдені на плюрипотентних стовбурових клітинах, частково і повністю комітованих клітинах-попередниках. Точне розподілення рецепторів до пізнодіючих ростових факторів невідомe, але вважають, що вони експресуються на комітованих попередниках, а саме: еритропоетиновий рецептор може бути експресований тільки на попередниках, які комітовані до еритроїдного диференціювання. Еритропоетинові рецептори продовжують експресуватися на проеритробластах і базофільних еритробластах. Макрофаги мають рецептори до ІL-3, GM-CSF, але не до G-СSF. Еозинофіли мають рецептори до ІL-5, GM-CSF і ІL-3 [3].
Таке розподілення є важливим для клініки гематологічних і онкологічних захворювань, оскільки моноцити, гранулоцити і еозинофіли активуються тими гемопоетичними ростовими факторами, до яких вони мають рецептори. З цієї причини ростові фактори, такі як GM-CSF, ІL-3, високотоксичні при застосуванні їх у якості терапевтичних препаратів, якщо ретельно не контролювати їх дози [3].
Ростові фактори сьогодні міцно ввійшли в клінічну практику, значно розширивши терапевтичні можливості при цілому ряді захворювань.
За остані 20 років спостерігався значний прогрес у лікуванні багатьох злоякісних новоутворень, проте хіміотерапія має високу токсичність, яка накладає обмеження на інтенсивність дози. Це фактор, що до недавнього часу стримував можливість застосовування високодозової хіміотерапії.У зв’язку з цим, невідворотніми є періоди нейтропенії та тромбоцитопенії, що є небезпечним для пацієнтів, оскільки виникають серйозні, а іноді навіть небезпечні для життя, інфекційні та гемостатичні ускладнення, особливо під час застосування високодозової терапії для лікування раку. У зв’язку з цим, інтерес до можливості стимулювання гранулоцитопоеза особливо великий.
Стимуляторами гранулоцитопоеза є кілька факторів росту. Їх дія на мієлопоез тим інтенсивніша і багатогранніша, чим на обмеженіший пул клітин діє той чи інший фактор. Так, ІL-3, що діє на клітини-попередники мієлопоеза, забезпечує їх проліферацію, в той час, як GM-CSF і G-CSF – не тільки проліферацію, але й дозрівання попередників до зрілих гранулоцитів. При цьому G-CSF, діючи лише на попередників гранулоцитопоеза, збільшує число лейкоцитів у крові значно швидше, ніж GM-CSF, оскільки зменшує час дозрівання від попередників до зрілих гранулоцитів із 7 до 1,5 дня і значно активніше, ніж GM-CSF стимулює вихід зрілих гранулоцитів із гранулоцитарного пула кісткового мозку до периферійної крові. Було показано, що видалення гена GM-CSF у миші призводить до зменшення кількості гранулоцитів у крові тільки на 1/10, а внаслідок видалення гена G-CSF кількість гранулоцитів зменшується на 80% [цит. по 2].