Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Лимфоцитарный контроль стволовых клеток
Проблему изучения регуляторного действия системы иммунитета, в том числе её центральных клеток — лимфоцитов, на функциональную активность СКК инициировали исследования Р.В. Петрова и Л.С. Сеславиной, впервые установивших факт взаимодействия этих клеток и показавших резкое снижение численности СКК в результате их взаимодействия с генетически чужеродными лимфоцитами [46]. Использованная авторами экспериментальная система принципиально не отличалась от вышеописанных и основывалась на способности трансплантированных СКК формировать очаги кроветворения в селёзенке летально облученных реципиентов. Как оказалось, включение лимфоцитов в пересаживаемую чужеродную взвесь клеток, содержащую КОЕ, приводит к блокированию процессов пролиферации и дифференцировки СКК, что сопровождается резким снижением колониеобразующей способности трансплантата или её полной отменой. Аналогичные события развиваются и при трансплантациях лимфоцитов генетически чужеродным сублетально облученным реципиентам, в селёзенке которых колониеобразование регистрируется за счёт пролиферации и дифференцировки эндогенных СКК, выживших после радиационного воздействия. Трансплантированные лимфоциты подавляют эндогенное колониеобразование или его полностью отменяют [52]. Результаты типичного эксперимента по инактивации генетически чужеродных СКК лимфоцитами показаны в таблице 5. Иная ситуация возникает при включении лимфоцитов в генетически идентичную — сингенную смесь клеток, содержащую СКК. В этом случае под действием лимфоцитов изменяется направление дифференцировки СКК с преимущественно эритроидного на преимущественно гранулоцитарный путь кроветворения. Непременным условием этого эффекта является изоантигенная активация лимфоцитов. При отсутствии антигенного стимула — в полностью сингенной системе донор-реципиент регистрируется нормальный процесс кроветворения с преимущественным формированием в селёзенке облученных мышей колоний эритроидного типа. Результаты типичного эксперимента по изменению характера дифференцировки СКК под влиянием сингенных лимфоцитов показаны в таблице 6. Ниже представлены основные данные по характеристике этих эффектов. При анализе механизмов инактивации несингенных СКК лимфоцитами, P.M. Хаитов использовал доноров костного мозга с хромосомным маркёром Т6Т6 и подтвердил эффект инактивации СКК, который регистрировался не только в селёзенке, но и в других тканях облученного реципиента (костный мозг, лимфатические узлы, тимус) [65]. При этом инактивировались клетки–предшественницы, дифференцирующиеся по всем росткам кроветворения [35]. Нелимфоидные клетки эффект инактивации СКК не индуцировали. Явление инактивации происходило при различных генетических сочетаниях взаимодействующих клеток, эффект регистрировался в организме реципиентов различных генотипов, подчинялся закону количественных соотношений, требовал участия живых лимфоидных клеток — облучение доноров лимфоцитов или лимфоцитов in vitro отменяло процесс инактивации. С помощью хромосомных маркёров было доказано, что эффект инактивации не опосредуется через реакции «трансплантат против хозяина» (РТПХ) или «хозяин против трансплантата», а является следствием прямого взаимодействия лимфоцитов с генетически чужеродными СКК [65]. В серии экспериментальных исследований было установлено, что генетически чужеродные стволовые клетки инактивируют T–лимфоциты, выделенные из разных органов иммунитета — тимуса, лимфатических узлов, селезёнки, костного мозга, периферической крови. B–лимфоциты такой способностью не обладают [27, 44, 381, 471]. Вместе с тем, удаление B–лимфоцитов из эффекторной взвеси клеток, содержащей как T–, так и B–лимфоциты, сопровождалось заметным (~ на 60%) снижением способности T–лимфоцитов инактивировать генетически чужеродные КОЕ и по своей эффективности соответствовало таковой резистентных к кортизону тимоцитов. Анализ этого эффекта впервые выявил хелперную активность B–лимфоцитов в реакциях клеточного иммунитета [34] и продемонстрировал наличие по меньшей мере двух типов T–лимфоцитов. Одни из них обеспечивали инактивацию СКК без помощи B–лимфоцитов, для других такая помощь была необходимой [381]. Таблица 5. Инактивация стволовых клеток мышей линии C57BL/6J лимфоцитами мышей линии СВА при трансплантации клеточной смеси летально (850 Р) облученным реципиентам(CBAxC57BL/6J)F1
Условные обозначения: лу — клетки лимфатических узлов, км — клетки костного мозга, сел — клетки селезёнки. В скобках — число реципиентов. Таблица 6. Изменение направления дифференцировки стволовых клеток с преимущественно эритроидного на преимущественно гранулоцитарный путь кроветворения под влияниемсингенных лимфоцитов
Условные обозначения: лу — клетки лимфатических узлов, км — клетки костного мозга, -* — эритроидные колонии отсутствуют, в селёзенке регистрируются только колонии гранулоцитарного типа. Каждая группа включала 8–10 реципиентов. Отношение Э/Г — отношение числа эритроидных селезёночных колоний к гранулоцитарным. Обнаруженное явление взаимодействия лимфоцитов с генетически чужеродными стволовыми клетками, названное феноменом инактивации несингенных стволовых клеток (1967), является одним из важнейших механизмов поддержания генетического гомеостаза в процессе онтогенеза и демонстрирует примеры элиминации чужеродных клеток–предшественнников систем иммунитета и кроветворения, способных дифференцироваться в различные клеточные формы. Выявленный факт элиминации несингенных стволовых клеток в различных участках организма, даже в перитонеальной полости при культивировании КОЕ на подслое перитонеальных клеток, показывает, что мутировавшая стволовая клетка практически не имеет шансов на выживание и неизбежно будет инактивирована лимфоцитами, поддерживающими состояние генетического гомеостаза. Более того, как оказалось, инактивирующее действие лимфоцитов направлено не только против генетически чужеродных СКК, но и против других клеток, несущих признаки стволовых, например продуцентов АТ в селёзенке или остеобластов в костномозговой полости [381]. Проведённые исследования характеризуются и большой прикладной значимостью. Поскольку процессы инактивации СКК развиваются даже в смеси генетически чужеродных костномозговых клеточных взвесей было заключено, что нельзя трансплантировать клетки костного мозга людям от нескольких доноров, как это делалось ранее [65]. При таких трансплантациях происходит инактивация стволовых клеток донорских генотипов лимфоцитами, содержащимися в трансплантируемой клеточной смеси. Важны и другие аспекты проведённых исследований. На основе вскрытого эффекта инактивации лимфоцитами генетически чужеродных СКК были разработаны эффективные экспериментальные системы для количественной оценки реакции «трансплантат против хозяина» и для одновременного количественного определения лимфотоксического и митостатического действия цитостатиков и иммунодепрессантов. Эти исследования обобщены в работах [44, 65, 381]. Обнаруженная способность лейкоцитов разных видов животных (овцы, куры, собаки, морские свинки, крысы) [29, 30], в том числе и человека [14] инактивировать СКК мышей может служить удобной системой для оценки эффекторных функций T–лимфоцитов крупных животных in vivo в норме и при различных иммунозависимых патологических состояниях, а также для регистрации их состояния при разных воздействиях. Как отмечалось выше, взаимодействие антигенно стимулированных лимфоцитов (со стороны облученного реципиента) с генетически тождественными (сингенными) СКК сопровождается изменением направления дифференцировки последних. Этот факт был доказан следующими экспериментами. Как и в ранее цитированных исследованиях, летально облученным мышам (CBA Идентификацию гистологического типа образующихся колоний провели на серийных парафинированных срезах селезёнки летально облученных реципиентов, получивших трансплантат родительских клеток костного мозга только или клеток костного мозга в смеси с сингенными лимфоцитами [54]. Было установлено, что несмотря на резкое снижение числа макроскопически видимых колоний, инактивация КОЕ отсутствовала. Это показывает, что в количественном отношении колониеобразующая активность клеток костного мозга, трансплантированных в смеси с сингенными лимфоцитами реципиентам гибридной природы, полностью сохраняется, но величина колоний изменяется так, что становится возможным только их микроскопический учет. При этом отношение числа эритроидных колоний к гранулоцитарным резко падает — с 1, 8–2, 0 до 0, 03 или эритроидные колонии не выявляются, в селёзенке регистрируются только колонии гранулоцитарного типа [51, 54, 471] (табл. 6). Иначе говоря, под влиянием сингенных антигенно стимулированных лимфоцитов преимущественно эритроидный тип селезёночных колоний изменяется на преимущественно гранулоцитарный. Таблица 7. Количество колоний в селёзенке летально облученных мышей при трансплантации им клеток костного мозга или клеток костного мозга в смеси с сингенными лимфоцитамилимфатических узлов
Условные обозначения: лу — клетки лимфатических узлов; км — клетки костного мозга; F1 — мыши (CBA? C57BL/6J)F1 Для изучения характеристики лимфоцитов, контролирующих процесс дифференцировки сингенных КОЕ, использовали лимфоидные клетки из разных источников. Было установлено, что дифференцирующей активностью обладают T–лимфоциты, их действие не опосредуется через РТПХ и является следствием прямого взаимодействия лимфоцит-СКК в присутствии тканевых Аг. Лимфоциты, контролирующие процесс дифференцировки стволовых клеток, были названы T–дифференцирующими [27, 45]. Следует отметить, что в костномозговом канале, в отличие от селезёнки, трансплантируемые костномозговые клетки формируют колонии преимущественно гранулоцитарного типа. Однако при определённых воздействиях, сопровождающихся перераспределением T–лимфоцитов и миграцией их в костный мозг (гормональные нагрузки, стресс и др.), в костномозговой полости животных наблюдается сдвиг дифференцировки СКК с преимущественно гранулоцитарного на преимущественно эритроидный путь кроветворения. В этом случае активность проявляют неактивированные Аг лимфоциты [44]. Фракционирование клеток разных тканей различными методами, в том числе и методом препаративного электрофореза, не обнаружило дифференцирующей активности в популяции очищенных B–лимфоцитов. Вместе с тем, в присутствии B–лимфоцитов существенно возрастала дифференцирующая активность T–лимфоцитов. Как и в случае с инактивацией T–лимфоцитами генетически чужеродных КОЕ, среди T–дифференцирующих лимфоцитов выявлены по меньшей мере две субпопуляции — требующие и не требующие помощи B–хелперов для дифференцирующего влияния на стволовые клетки. Было установлено, что взаимодействие B–хелперов с T–дифференцирующими лимфоцитами не подвержено генетическому ограничению — независимо от гапло–типа (H–2k, H–2b, H–2d) B–лимфоциты в равной степени усиливали активность T–дифференцирующих лимфоцитов гаплотипа Н–2к [32]. Это отличает взаимодействие B–хелпер–T–дифференцирующий лимфоцит от взаимодействия T–дифференцирующий лимфоцит–кроветворная стволовая клетка, развивающегося только при сингении взаимодействующих элементов. Изучение харакеристик B–хелперов и T–дифференцирующих лимфоцитов установило, что для проявления хелперной активности таких клеток необходим синтез белка, ингибиторы синтеза ДНК и РНК не отменяют вспомогательную активность B–клеток, хелперный эффект опосредуется через растворимые, секретируемые B–лимфоцитами, субстанции [32]. Значимость B–хелперов для T–лимфоцитов, инактивирующих генетически чужеродные стволовые клетки, и для T–лимфоцитов, контролирующих процессы дифференцировки генетически тождественных стволовых клеток, обусловила проведение серии экспериментов по анализу роли B–хелперов в процессах размножения стволовых клеток, формирующих колонии кроветворных клеток в селёзенке сингенных облученных реципиентов [28, 382]. Оказалось, что очищенная фракция стволовых клеток костного мозга, лишенная прилипающих клеток, T– и B–лимфоцитов, не формирует колонии кроветворных клеток в селёзенке летально облученных сингенных реципиентов. Как видно из таблицы 9, трансплантация очищенной фракции таких клеток сопровождалась ростом 0, 2 Таблица 8. Цитогенетический анализ межколониальных пространств селезёнки, лимфатических узлов и костного мозга летально облученных мышей (CBAT6T6xC57BL/6J)F1, получившихтрансплантат клеток костного мозга мышей линииСВАТ6Т6, клеток лимфатических узлов мышей линии СВА или сингенную смесь клеток костного мозга мышей линииСВАТ6Т6 и лимфатических узлов мышей линии СВА
Условные обозначения: КМ — клетки костного мозга, введено 105 клеток; ЛУ — клетки лимфатических узлов, введено 2 Наибольшей хелперной активностью характеризовались B–клетки костного мозга, B–лимфоциты селезёнки хелперную активность не проявляли, B–лимфоциты лимфатических узлов проявляли промежуточную активность между B–клетками костного мозга и селезёнки. Аналогичный с костномозговыми B–лимфоцитами хелперный эффект наблюдали при добавлении к фракции КСК костного мозга сингенных костномозговых предшественников T–лимфоцитов (ПТЛ). В этом случае число селезёночных колоний увеличивалось с 0, 2 Частичная нормализация колониеобразующей способности КОЕ в присутствии костномозговых B–лимфоцитов или ПТЛ могла свидетельствовать о значимости взаимодействия ПТЛ и B–лимфоцитов в колониеобразующей способности СКК. Однако при совместной трансплантации облученным реципиентам сингенной смеси СКК, ПТЛ и B–лимфоцитов эффекит кооперации отсутствовал, отсутствовал и аддитивный эффект, имело место угнетение колониеобразования. Число регистрируемых колоний равнялось тому, которое определялось при смеси только СКК и B–лимфоцитов или только СКК и ПТЛ. При замене костномозговых B–лимфоцитов на B–лимфоциты селезёнки эффект угнетения существенно возрастал, СКК практически утрачивали способность формировать селезёночные колонии (табл. 9). Для анализа роли цитокинов в регуляторном действии B–лимфоцитов на СКК В.М. Манько, А.А. Ярилин, О.А. Гусева и др. скринировали продукты различных 10 B–клеточных гибридом. Было установлено, что хелперное или супрессорное действие на СКК надосадочной жидкости (НЖ) тестируемых гибридом не зависит от Аг, используемого для иммунизации доноров B–клеток при создании гибридом, от титра специфических АТ в НЖ гибридом, от класса секретируемых IgM или IgG и от подкласса IgG (IgG1, IgG2a, IgG2b). Регуляторная активность НЖ варьировала в широких пределах, снижалась с уменьшением её концентрации в пересаживаемой реципиентам клеточной смеси. Экспериментальные исследования с использованием НЖ B–лимфоцитов разной органной локализации (костный мозг, лимфатические узлы, селезёнка), B–клеточных гибридом на основе B–лимфоцитов лимфатических узлов и селезёнки или миеломы, не продуцирующей иммуноглобулиновые молекулы, установили, что регуляторное действие B–лимфоцитов на сингенные КСК опосредуется через секретируемые ими растворимые продукты неиммуноглобулиновой природы [28, 382]. Таблица 9. Регуляторное действие костномозговых B–лимфоцитов и предшественников T–лимфоцитов на колониеобразующую способность сингенных стволовых клеток костного мозга
Условные обозначения: СККкм — стволовые кроветворные клетки костного мозга; Вкм — B–лимфоциты костного мозга; Влу — B–лимфоциты лимфатических узлов; Всел — B–лимфоциты селезёнки; ПТЛкм — предшественники T–лимфоцитов костного мозга. В скобках — число реципиентов. Значимую роль в понимании механизмов лимфоцитарного контроля функций стволовых клеток играют исследования с моделированием T–клеточного иммунодефицита, искусственно создаваемого (тимэктомия) или естественного с использованием стареющих мышей. В этих исследованиях впервые была выявлена способность центрального органа иммунитета — тимуса контролировать направление дифференцировки стволовых клеток и охарактеризованы основные условия, определяющие этот процесс. Р.В. Петров, Р.М. Хаитов и др. [468] тимэктомировали половозрелых (2–4-месячных) мышей (CBA Рис. 16. Уровень 11-ОКС в плазме крови (кривая) и число стволовых клеток, мигрировавших из костного мозга (столбики) у адреналэктомированных (AЭ) мышей. По оси абсцисс — время после адреналэктомии; по оси ординат — концентрация 11-ОКС (мкг/л) и число колоний, образованных стволовыми клетками. Рис. 17. Влияние АКТГ (1, 5 ЕД/мышь, двукратно) на содержание 11-ОКС в плазме крови мышей, облученных в дозе 800 Р. По оси абсцисс — сроки исследования после облучения и первой инъекции АКТГ (ч); по оси ординат — концентрация 11-ОКС в плазме (мкг/л); 1 — введение АКТГ; 2 — введение физиологического раствора; 3 — интактный контроль; стрелкой обозначена вторая инъекция АКТГ. Рис. 18. Циркуляция стволовых клеток и содержание 11-ОКС в периферической крови нормальных мышей после однократного введения АКТГ пролонгированного действия в дозе 1, 5 ЕД/мышь. По оси абсцисс — время (ч) после введения АКТГ; по оси ординат — количество стволовых клеток в 1 мл крови (столбики) и концентрация 11-ОКС (кривая) в мкг/л. Рис. 19. Циркуляция стволовых клеток и концентрация 11-ОКС в крови нормальных мышей после однократного введения АКТГ острого действия в дозе 1, 6 ЕД/мышь. Фиолетовые столбики — концентрация 11- ОКС в плазме крови (мкг/л); зеленые столбики — количество стволовых клеток в 1 мл крови (в% к исходной величине). Рис. 20. Влияние тимэктомии и трансплантации сингенных тимоцитов (ТИМ) или лимфоцитов лимфатических узлов (ЛУ) на миграцию стволовых кроветворных клеток и ихдифференцировку у летально облученных мышей (CBAxC57BL/6J)F1 с экранированным участком костного мозга (до 1/2 голени): сплошная и пунктирная линии — общее число КОЕ, мигрировавших из экранированного участка костного мозга в селёзенку. Столбики — число колоний эритоидного (Эр) и гранулоцитарного (Гр) типов с указанием соотношения Э/Г. Значимость тимуса и наличия T–лимфоцитов в центральных и периферических органах системы иммунитета для миграции стволовых клеток и характера их дифференцировки была подтверждена Р.М. Хаитовым и Л.В. Рябовой [86] в иных экспериментальных условиях (табл. 10 и 11). Экранирование участка костного мозга при летальном облучении мышей (CBA Принципиально такие же данные были получены при переносах летально облученным половозрелым мышам (CBA Таблица 10. Влияние старения на миграцию стволовых клеток из экранированного при летальном облучении участка костного мозга мышей (1/2 голени) в селёзенку и на ихдифференцировку
Условные обозначения: Отношение Э/Г — отношение числа эритроидных колоний к числу колоний гранулоцитарного типа Сопоставление характера дифференцировки СКК животных одного и того же возраста — 26-месячных в разных условиях опыта (табл. 10 и 11) показывает, что отношение Э/Г при трансплантациях стволовых клеток костного мозга половозрелым нетимэктомированным летально облученным сингенным мышам существенно меньше (5, 0), по сравнению с аналогичным показателем, регистрируемым у тимэктомированных летально облученных мышей с эндоколонизацией селезёнки стволовыми клетками, мигрирующими из экранированного участка костного мозга (15, 8). Эти различия могли объясняться наличием тимуса у облученных половозрелых реципиентов трансплантируемых клеток и вкладом его продуктов в процессы функционирования СКК. Проведённые экспериментальные исследования с выключением функции тимуса у доноров трансплантируемых клеток костного мозга, у реципиентов или как у доноров, так и у реципиентов [44, 45] выявили значимую роль тимуса в процессах дифференцировки СКК. В отсутствие тимуса во всех случаях регистрировался рост колоний преимущественно эритроидного типа, отношение Э/Г увеличивалось с 2, 2–2, 4 до 5, 2–14, 5. Этот эффект наблюдали как при пересадках клеток костного мозга летально облученным сингенным реципиентам (табл. 12), так и летально облученным аллогенным реципиентам (табл. 13). Включение T–лимфоцитов в трансплантируемую взвесь клеток костного мозга увеличивало выход гранулоцитарных колоний, нормализовало процесс дифференцировки СКК в организме сингенного реципиента и сопровождалось резким её сдвигом в организме аллогенного реципиента. Соответственно отношение Э/Г падало с 5, 2–14, 5 до 2, 9–6, 0 и до 0, 1–0, 2. Суммарные результаты опытов по моделированию дифференцировки СКК в направлении эритро- или гранулопоэза с помощью тимуса и T–лимифоцитов представлены на рисунке 21 [44]. В целом, из представленных выше данных могут быть сделаны следующие заключения. 1. Функции СКК (миграция, пролиферация, дифференцировка) находятся под совместным лимфоцитарным и тимическим контролем. 2. Лимфоциты инактивируют генетически чужеродные СКК, изменяют характер дифференцировки генетически тождественных (сингенных) СКК и стимулируют процессы их миграции и пролиферации. 3. В отсутствие тимуса нарушаются процессы миграции СКК и их дифференцировки, инактивирующая способность T–лимфоцитов при этом сохраняется. Под влиянием добавляемых к клеткам T–лимфоцитов нарушенные функции СКК нормализуются. 4. В условиях экспериментально индуцированного T–иммунодефицита нормализация процесса дифференцировки СКК происходит в полностью сингенной системе, не требуя антигенной стимуляции T–лимфоцитов, тогда как изменение характера дифференцировки СКК обеспечивают антигенно стимулированные T–клетки. 5. В процессах лимфоцитарного контроля СКК в качестве эффекторов выступают T–, но не B–лимфоциты, в качестве регуляторных для СКК клеток — T– и B–лимфоциты. Среди эффекторных и регуляторных T–лимфоцитов имеются фракции, одни из которых функционируют без помощи B–хелперов, другие нуждаются во вспомогательной активности B–лимфоцитов. Регуляторные функции B–лимфоцитов опосредуются через секретируемые ими растворимые продукты неиммуноглобулиновой природы. 6. Взаимодействие лимфоцитов с СКК не опосредовано через реакции трансплантационного иммунитета и осуществляются в результате прямого их взаимодействия. Механизмы стимуляции и супрессии функциональной активности стволовых клеток под влиянием лимфоцитов T– и B–ряда подлежат дальнейшему изучению. Однако вне зависимости от тех результатов, которые будут получены является очевидным значительное влияние системы иммунитета и их центральных элементов — T– и B–лимфоцитов на процессы размножения и дифференцировки СКК.
|