Контроль рециркуляции стволовых клеток

Рециркуляция СКК через кровь является важным процессом, обеспечивающим интеграцию миелолимфоидной системы. Коллективом исследователей [Р.В. Петров, Р.М. Хаитов, Б.Б.Мороз и др.] были получены экспериментальные материалы, свидетельствующие об участии ГКС в регуляции миграции и рециркуляции СКК. Р.М. Хаитов и соавторы [315] исследовали влияние гипокортикоидного состояния, вызываемого адреналэктомией, на миграцию СКК. В таблице 3 представлены результаты экспериментов по изучению влияния двусторонней адреналэктомии на миграцию СКК из костного мозга. Ложная операция не влияет на интенсивность расселения СКК из экранированного участка костного мозга. Адреналэктомия, проведённая за 2–7 суток до исследования, приводит к резкому усилению миграции СКК из костного мозга, при этом эффект усиления миграции СКК у адреналэктомированных мышей не зависит от объёма экранированного костного мозга — источника расселяющихся СКК. Более чем четырёхкратное увеличение выхода СКК получено у адреналэктомированных мышей, которым экранировали заднюю конечность до уровня 1/2 голени или только стопу (табл. 3).

На рисунке 16 содержание 11-оксикортикостероидов (11-ОКС) в плазме крови адреналэктомированных мышей сопоставлено с величиной миграции СКК из костного мозга. Под влиянием адреналэктомии резко снижалась концентрация 11-ОКС в крови. Одновременно существенно увеличивалось количество СКК, заселяющих селёзенку.

Таким образом, выключение функции надпочечников сопровождается резким усилением выброса в циркуляцию СКК из костного мозга. Увеличение числа эндогенных колоний в селёзенке летально облученных животных при экранировании участка костного мозга под влиянием тех или иных факторов может происходить или в результате усиления миграции СКК из костного мозга, или за счёт стимуляции размножения репопулирующих в селёзенку СКК, или вследствие местных изменений в селёзенке, способствующих лучшему оседанию в ней СКК.

Для проверки этих предположений был проведен эксперимент с введением экзогенных СКК адреналэктомированным реципиентам. Через 7 суток после адреналэктомии мышей облучали g-лучами в летальной дозе (850 Р) и трансплантировали им клетки костного мозга от интактных сингенных доноров. Адреналэктомия не влияла на репопуляцию селезёнки экзогенными СКК и не приводила к стимуляции их размножения. В периферической крови интактных мышей обнаруживается 6, 6–9, 7 СКК в расчёте на 10⁶ лейкоцитов или 24, 6–30, 3 СКК в 1 мл. У адреналэктомированных мышей наблюдается более чем двукратное увеличение количества циркулирующих СКК в расчёте как на 10⁶ лейкоцитов, так и на 1 мл крови на все сроки исследования, то есть под влиянием адреналэктомии происходит повышенное выселение СКК из костного мозга. В связи с этим возник вопрос: изменяются ли процессы рециркуляции СКК при повышенных концентрациях эндогенных кортикоидов?

Г.И.Безин и соавторы [136] исследовали миграцию СКК в условиях гиперкортицизма, вызванного введением адренокортикотропного гормона (АКТГ). Различную степень гиперкортикоидного состояния индуцировали повторными подкожными инъекциями АКТГ пролонгированного действия в разных дозах.

Как видно из рисунка 17, уже через 2 часа после облучения в дозе 800 Р и инъекции АКТГ содержание 11-ОКС в плазме повышалось до 829 мкг/л, то есть в 10 раз (нормальный уровень 11-ОКС у интактных мышей равен 83 мкг/л), оставалось примерно на этом же уровне в течение последующих 6 часов, и, по-видимому, ещё в течение нескольких часов превышало исходную величину. Через 24 часа после облучения и введения АКТГ (к моменту повторной инъекции препарата в дозе 1, 5 ЕД) концентрация 11-ОКС была даже ниже нормального уровня. После второго введения АКТГ наблюдалась аналогичная динамика изменения уровня 11-ОКС в плазме, но степень увеличения концентрации кортикоидов была в 2–2, 5 раза меньшей, по сравнению с первой инъекцией гормона. У облученных контрольных животных через 2 часа после облучения уровень 11-ОКС повышался до 300 мкг/л, через 5 часов и в последующие сроки наблюдения величина этого показателя оставалась на субнормальном уровне.

Таблица 3. Миграция стволовых клеток из экранированного при облучении (800 Р) костного мозга у адреналэктомированных и контрольных мышей

Условные обозначения: В скобках число мышей; ЛО — ложная операция; AЭ — адреналэктомированные животные; > 30 — сливной рост колоний; КОЕ — колониеобразующие единицы (стволовые клетки).

Таким образом, в этих условиях миграция СКК из костного мозга происходила на фоне гиперкортицизма. В таблице 4 показано, что введение АКТГ приводит к значительному торможению миграции СКК.

Однократное введение АКТГ (1, 5 ЕД) непосредственно после облучения вызывает практически такое же угнетение миграции СКК, как и при его двух инъекциях в той же дозе. Следовательно, повышение активности коры надпочечников, сопровождающееся резким увеличением уровня ГКС в крови, приводит к подавлению миграции СКК. Однако уменьшение количества СКК у мышей, которым ввели АКТГ, может быть следствием не только угнетения процесса миграции, но и цитостатического действия высоких концентраций эндогенных глюкокортикоидов. Показано, что ГКС, в частности гидрокортизон в дозе 50 мг/кг и преднизолон в дозе 5–40 мг/кг, ингибируют пролиферацию СКК, однако в меньших дозах (гидрокортизон — 5–10 мг/кг и преднизолон — 1 мг/кг) они не влияют на способность СКК к размножению [51].

В связи с высказанным предположением было изучено влияние АКТГ на СКК в селёзенке облученных в сублетальной дозе животных. Мышей облучали в дозе 600 Р и двукратно вводили им АКТГ в дозе 1, 5 ЕД/мышь. Введение АКТГ сублетально облученным мышам не угнетало размножение эндогенных СКК.

Таблица 4. Количество стволовых клеток, мигрирующих из костного мозга в условиях гиперкортицизма

Условные обозначения: В скобках — число животных.

Таким образом, та степень гиперкортицизма, которую создавали у облученных мышей в результате инъекций АКТГ, не влияет на пролиферацию СКК. Следовательно, снижение эндоколонизации при предварительном введении АКТГ объясняется торможением миграции СКК из костного мозга в селёзенку.

Отсутствие цитотоксического действия использованных доз АКТГ окончательно доказано [136] в опытах с экзогенным клонированием СКК. Клетки костного мозга вводили облученным в летальной дозе реципиентам через 2 часа после введения им АКТГ (1, 5 ЕД/мышь), то есть на фоне высоких концентраций кортикоидов в плазме крови. Через 20 часов после трансплантации костного мозга производили вторую инъекцию АКТГ в той же дозе. Количество СКК в селёзенке реципиентов, обработанных АКТГ, не изменялось. В последующей работе [51] была выявлена зависимость между уровнем кортикоидов в плазме и количеством СКК, циркулирующих в периферической крови.

На рисунке 18 представлена динамика циркуляции СКК в периферической крови нормальных (необлученных) животных после однократного подкожного введения АКТГ пролонгированного действия в дозе 1, 5 ЕД/мышь. Как видно, через 2–8 часов после введения АКТГ наблюдается значительное увеличение уровня 11-ОКС в плазме крови. В эти же сроки отмечено резкое уменьшение количества циркулирующих СКК в периферической крови. Через 24 часа после инъекции АКТГ при субнормальном уровне 11-ОКС содержание СКК в крови возвращалось к исходной величине.

Изложенные выше материалы были получены в условиях высоких концентраций эндогенных ГКС, создаваемых введением АКТГ пролонгированного действия. В то же время, как хорошо известно, кратковременная активация коры надпочечников закономерно возникает при действии на организм различных стресc–факторов. Возник вопрос: влияет ли такая реакция на процессы рециркуляции СКК?

На рисунке 19 представлены данные о динамике циркуляции СКК и концентрации 11-ОКС в плазме крови нормальных (необлученных) животных после внутрибрюшинного введения АКТГ в дозе 1, 6 ЕД/мышь. Через 30 минут, 1 и 2 часа после инъекции АКТГ наблюдали повышение уровня кортикоидов в плазме крови и снижение количества циркулирующих СКК. Через 4 часа, когда концентрация гормона возвращалась к исходным величинам, восстанавливалось до нормы и содержание СКК в периферической крови.

В последующей серии экспериментов исследовали влияние разных доз АКТГ (0, 05–1, 6 ЕД) на уровень циркулирующих СКК через 30 мин после инъекции гормона. Достоверное снижение содержания СКК в циркулирующей крови наблюдалось, когда концентрация 11–ОКС в плазме крови составляла 358±22 мкг/л при средних значениях в норме 144±16 мкг/л, то есть в два раза превышала нормальные значения. При этом количество СКК составляло 60% от исходной величины. Следовательно, увеличение содержания эндогенных ГКС в крови, сопоставимое по величине и длительности с таковым при обычной стресc–реакции (опыты с АКТГ острого действия), сопровождается закономерным уменьшением количества циркулирующих СКК.

Таким образом, стимуляция функции коры надпочечников приводит к торможению миграции СКК из костного мозга. Действие АКТГ на миграцию СКК опосредуется через повышение концентрации в крови эндогенных глюкокортикоидов, так как аналогичные результаты получены при введении экзогенного гидрокортизона.

Хорошо известно наличие суточной периодичности поступления в кровь гормонов коры надпочечников у грызунов (мышей и крыс) с максимумом в вечерние часы и минимумом в утренние. Оказалось, что концентрация циркулирующих СКК также подвержена циклическим (суточному ритму) изменениям. В крови концентрация СКК в несколько раз больше утром, чем после полудня. Следовательно, суточный ритм поступления в циркуляцию СКК находится в обратной зависимости от суточной периодичности выброса в кровь ГКС.

Интересно, что у мышей линий СВА и C57BL, оппозитных по уровню кортикостерона в плазме крови, отмечают обратную корреляцию между интенсивностью миграции СКК и количеством их в норме в периферической крови, с одной стороны, и концентрацией 11–ОКС в крови, с другой [51]. Эти факты также свидетельствуют о тесной связи между уровнем ГКС в крови и интенсивностью рециркуляции СКК.

Суммируя данные об эффектах гипо- и гиперкортицизма, можно сделать заключение, что процессы миграции и рециркуляции СКК в организме находятся под гормональным контролем и зависят от глюкокортикоидной функции надпочечников.

По-видимому, физиологические концентрации глюкокортикоидов оказывают сдерживающее влияние на миграцию СКК. Уменьшение содержания циркулирующих СКК возникает лишь при определённой степени повышения концентрации кортикоидов в плазме крови. Это вполне сопоставимо по размерам с повышением уровня кортикостероидов, который наблюдается после достаточно интенсивного воздействия на организм различных стресc–агентов.

Таким образом, в настоящее время есть основания полагать, что гипофиз–адреналовая система (уровень глюкокортикоидов в крови) является важным звеном в системе, контролирующей процессы миграции и рециркуляции СКК на уровне организма [75].