Меланоциты — крупные отростчатые клетки, располагающиеся в базальном слое эпидермиса, родственники клеток нервной системы. Они отвечают не только за цвет и защиту нашей кожи от солнечных ожогов, но вносят существенный вклад в реакцию на практически любые стрессовые воздействия, работая в содружестве с всеми остальными клетками кожи и нейроиммунной системой.
Несмотря на то, что за последние десятилетия ученые узнали много нового об особенностях жизни меланоцитов, мы до сих пор точно не знаем, сколько они живут.
Точнее, не знаем, сколько живут меланоциты эпидермиса, срок жизни меланоцитов волосяных фолликулов нам известен, и он относительно небольшой — 3–5 лет.
Что касается меланоцитов эпидермиса, известно, что после 30 лет их количество уменьшается примерно на 10–20% каждое десятилетие, т.е. живут они как минимум десятки лет.
Однако клеточная гибель — не единственный вариант, который ожидает «повидавшего жизнь» меланоцита.
Также, как и многие другие клетки, меланоциты, которые накопили критическое количество повреждений и которые защитные системы клетки более не хотят допускать к делению, могут либо умереть, либо перейти в так называемое сенесцентное состояние.
Это состояние, в котором они не способны более делиться и таким образом передавать дефектный геном, однако могут продолжать выполнять некоторые из своих функций, хотя и гораздо хуже, чем молодые коллеги.
Проблема в том, что сенесцентные клетки также приобретают ассоциированный со старением секреторный фенотип (senescence associated secretory phenotype, SASP).
Этот фенотип («образ жизни») связан с выделением во внеклеточную среду множества провоспалительных факторов, которые ускоряют старение тканей и приводят к развитию различных заболеваний. Этот процесс наиболее изучен у дермальных фибробластов, и нам известно негативное влияние сенесцентных фибробластов на состояние внеклеточного матрикса. Новое исследование ученых из США и Великобритании показало, что меланоциты в коже зрелых людей также приобретают сенесцентный фенотип. Более того, именно меланоциты предлагается считать основными виновниками старения эпидермиса.
Оказалось, что маркер старения p16INK4A, который поддерживает жизнеспособность стареющих клеток, препятствуя их апоптозу, экспрессируется практически только сенесцентными меланоцитами.
Меланоциты имеют менее эффективную систему репарации ДНК после окислительного повреждения, чем остальные клетки кожи, хотя именно они, как мы уже говорили, являются основными датчиками подобного вида стрессов в коже. Неудивительно, что защитные системы «выключают» пролиферативную активность накопивших повреждения зрелых меланоцитов (хотя и у молодых она невысокая).
В молодости любые подобного типа клетки элиминируются иммунной системой, однако с возрастом ее активность также падает, поэтому сенесцентные клетки продолжают жить и «осложнять» жизнь своим соседям.
Так, в экспериментальных моделях секретируемые сенесцентными меланоцитами агенты нарушали деление базальных кератиноцитов, таким образом тормозя обновление клеток эпидермиса, а также вызывали уплощение дермоэпидермального соединения, что приводило к состоянию, аналогичному возрастной атрофии эпидермиса. И вовлечены сюда были механизмы, связанные с негативным воздействием активных форм кислорода на теломеры кератиноцитов. Более того, удаление сенесцентных меланоцитов приводило к восстановлению пролиферации эпидермальных клеток.
Надо отметить, что эти данные были получены не на живых людях, а на кожных эквивалентах. Однако исследование очень интересное и еще раз говорит нам о важности использования солнцезащитных средств, ведь именно ультрафиолет — важнейший фактор, обуславливающий повреждение меланоцитов.
Подробно об особенностях жизнедеятельности меланоцитов, нюансах меланогенеза, а также средствах, которые используются для профилактики и коррекции пигментных дефектов (в том числе солнцезащитных) вы можете прочитать в новой книге из серии Моя специальность косметология «Пигментация в практике косметолога», которая совсем скоро выйдет в свет. Перед началом солнечного сезона это как никогда важная информация. Следите за нашими обновлениями!
Источник:
Victorelli S. et al. Senescent human melanocytes drive skin ageing via paracrine telomere dysfunction. EMBO J 2019 Dec 2; 38(23): e101982.
Органеллы внутриклеточного транспорта в эндотелии лимфатических коллекторов — современные проблемы науки и образования (сетевое издание)
1
Казакова Т.Е. 1
Сесорова И.С. 2
1 Шуйский филиал ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный университет»2 ГБОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия» Минздрава России
В статье рассматривается ультраструктура эндотелиальных клеток межклапанного сегмента и створки клапана лимфатического коллектора на примере грудного протока кошки.
Основным методом исследования является трансмиссионная электронная микроскопия. Толщина эндотелия варьирует в зависимости от места локализации среза: в ядерной зоне толщина клетки существенно больше, чем на периферических участках. Показано, что в обеих анализируемых зонах синтетический аппарат эндотелиальных клеток хорошо развит.
Комплекс Гольджи ориентирован вдоль продольной оси клетки и характеризуется небольшим размером диктиосом. На поверхности плазматической мембраны клеток обнаружены многочисленные кавеолы. Описаны трансэндотелиальные каналы (или везикулярно-вакуолярная органеллы), которые в большей степени выражены в периферической зоне эндотелиальных клеток.
В эндотелиальных клетках створок клапанов средняя объемная плотность везикул достоверно ниже, чем в клетках межклапанного сегмента.
внутриклеточный транспорт
1. Банных С. И. Клапанный аппарат и тканевая организация эндотелия грудного протока / И. С. Сесорова, А. А. Миронов мл., В. А. Миронов, В. К. Шишло, В. А. Колпаков, А. А. Миронов // Морфология. – 1996.
– T. 109, № 1. – С. 40–50.
2. Сесорова И. С. Морфофункциональный анализ строения комплекса Гольджи фибробластов животных / И. С. Сесорова // Морфология. – 2010. – T. 137, № 4. – С. 173.
3. Сесорова, И. С. Оценка состояния эндотелиального монослоя после реэндотелизации участка криоповреждения грудного протока / И. С. Сесорова, Т. В. Лазоренко // Морфология. – 2009.
– T. 136, № 6. – С. 57–61.
4. Cao G. Angiogenesis in platelet endothelial cell adhesion molecule-1-null mice / G. Cao, M. L. Fehrenbach, J. T. Williams, J. M. Finklestein, J. X. Zhu, H. M. Delisser // Am. J. Pathol. – 2009. – 175(2). – Р. 903–915.
5. Feng D.
Ultrastructural studies define soluble macromolecular, particulate, and cellular transendothelial cell pathways in venules, lymphatic vessels, and tumor-associated microvessels in man and animals / D. Feng, J. A. Nagy, H. F. Dvorak, A. M. Dvorak // Microsc. Res. Tech. – 2002. – 57(5). – Р. 289–326.
6. Hayer A.
Caveolin‐1 is ubiquitinated and targeted to intralumenal vesicles in endolysosomes for degradation / A. Hayer, M. Stoeber, D. Ritz, S. Engel, H. H. Meyer, A. Helenius // J. Cell Biol. – 2010. – 191(3). – Р. 615–629.
7. Metcalf D. J. Formationand function of Weibel-Palade bodies / D. J. Metcalf, T. D. Nightingale, H. L. Zenner, W. W. Lui‐Roberts, D. F. Cutler // J.
Cell Sci. – 2008. – 121. – Р. 19–27.
8. Simionescu M. Transcytosis of plasma macromolecules in endothelial cells: a cell biological survey / M.Simionescu, A. Gafencu, F. Antohe. Microsc // Res. Tech. – 2002. – 57(5) – Р. 269–288.
9. Stan R. V. Endothelial stomatal and fenestral diaphragms in normal vessels and angiogenesis / R. V. Stan // J. Cell Mol. Med. – 2007.
– 11(4). – Р. 621–643.
10. Valentijn J. A. Actin coating of secretory granules during regulated exocytosis correlates with the release of rab3D. / J. A. Valentijn, K. Valentijn, L. M. Pastore, J. D. Jamieson // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2000. – 97(3). – Р. 1091–1095.
Эндотелий – пограничный клеточный монослой, обеспечивающий нормальное функционирование сосудистой стенки. В настоящее время широко признается как морфологическая, так и функциональная неоднородность эндотелия вдоль сосудистого русла, отражающая биологическое приспособление как отдельных клеток, так и монослоя к местным потребностям.
Несмотря на то, что общее строение, механизмы транспорта и другие признаки в эндотелиальных клетках разных сосудов подчиняются общим принципам организации, существуют уникальные особенности организации эндотелиального монослоя и ультраструктурной организации клеток, которые могут быть продемонстрированы в разных отделах сосудистой системы.
Эндотелий лимфатических коллекторов является пограничным клеточным слоем с многочисленными функциями, большинство которых обеспечивается секретируемой клетками продукцией.
Однако, несмотря на количество и роль синтезируемых эндотелиальной клеткой (ЭК) продуктов (проколлаген III, IV типов, ламинин, энтактинс, фибрилин, фибронектин, гепарин, сульфатпротеогликан, интегрин и ряд других [8]), участвующих в многочисленных механизмах, в том числе в регуляции сократительной активности лимфангионов, клеточной проницаемости, в обеспечении лимфы антикоагулянтными и антифибринолитическими факторами и прочее, большинство исследователей указывают на «бедность» ЭК магистральных лимфатических сосудов органеллами, вовлеченными в биосинтетические процессы [1]. Поэтому данные морфологической организации внутриклеточного транспорта в ЭК лимфатических коллекторов немногочисленны и не дают объективного представления о механизмах секреции, эндо- и экзоцитоза, трансцитоза и других. Тем не менее понимание механизмов внутриклеточного транспорта поможет в решении практических задач профилактики и лечения заболеваний, связанных с изменением функций лимфатических коллекторов.
- Цель исследования
- Изучить органеллы внутриклеточного транспорта в эндотелиальных клетках грудного протока в области межклапанного сегмента и створки клапана.
- Методы исследования
Ультраструктурная организация внутриклеточного транспорта эндотелиальных клеток лимфатических коллекторов изучалась на грудном протоке (ГП) кошки с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Для морфологических исследований применялась стандартная процедура перфузионной фиксации.
Под нембуталовым наркозом производили обнажение cisterna chyli, затем канюлировали, отмывали от лимфы путем перфузии средой 199 под среднефизиологическим давлением, затем перфузировали 5 минут 2,5 % раствором глютарового альдегида на среде 199, иссекали ГП и фиксировали глютаровым альдегидом не менее суток.
Затем участки ГП постфиксировали в 1 % растворе OsO4, заливали в аралдит и готовили ультратонкие срезы на ультратоме ДКВ-III (Швеция), контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, срезы просматривали в электронном микроскопе ЭМВ–100 АК (НПО ”Электрон”, Украина).
Анализировалось не менее 30 клеток в области межклапанного сегмента и створки клапана.
Результаты исследования и их обсуждение
Структурно-функциональное разнообразие эндотелиальных клеток, как предполагается, является результатом молекулярных различий между эндотелием разных клеточных популяций [4] и устанавливаются до наступления кровообращения генетическими механизмами во время эмбрионального развития [4].
Лимфатические коллекторы, в отличие от артерий и вен, несут лимфу под низким давлением, имеют тоньше мышечную оболочку и обладают специализированными структурами, такие как клапаны, обеспечивающими поток лимфы в одном направлении.
Клапаны делят лимфатический сосуд на сегменты «лимфангионы», поэтому в разных зонах лимфангиона формируются разные лимфодинамические условия, оказывающие влияние на морфологию ЭК [3]. Поэтому популяция ЭК коллектора не однородна. ЭК межклапанного сегмента уплощены, вытянуты, ядросодержащие зоны сглажены.
Толщина эндотелия вирирует в зависимости от места локализации среза от 1–2 мкм в ядерной зоне, до 80 нм в периферических участках клетки. Напротив, в эндотелиальных клетках створок клапанов ядросодержащая зона сильно выступает на фоне уплощенной внеядерной зоны и может достигать от 2,8+0,86 мкм высотой.
В ЭК лимфатических коллекторов органеллы секреторного пути выявляются на срезах как в перинуклеарной, так периферической зонах клетки. Однако в связи с маленькой высотой периферической зоны и направлением секреции продуктов синтеза, мешочки диктиосом номрлекса Гольджи (КГ) располагаются вдоль продольной оси клетки.
Поэтому часто на срезах органелла представлена в виде скопления пузырьков, некоторые из которых покрыты белковой каймой. Еще одной особенностью КГ являются небольшие размеры и «компактность» диктиосом. Мешочки КГ небольшие, в среднем 466,1+45,6 нм длинной, причем в одной диктиосоме все мешочки по длине одинаковые.
Просвет мешочков узкий в центральной части – 20-30 нм и расширяется латерально. Чаще всего стопка состоит из четырех или трех мешочков, и совсем редко из пяти (в среднем 4,2+0,27). Подобная закономерность встречается в фибробластах, где в отростках клеток стопки короче и состоят из 3–4 мешочков, а в околоядерной зоне их длинна и количество увеличивается на 1–2 цистерны.
На латеральном крае стопки, чаще всего в ее средней части, регистрируются немногочисленные 50–60 нм свободные везикулярные профили – СОРI-везикулы.
Большинство секретируемых ЭК молекул синтезируется в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР).
Затем «экспортные» продукты секреции концентрируются в определенном месте цистерны ЭР, так называемом выходном сайте.
Так, между ЭР и первой цистерной КГ мы регистрируются скопления везикулярных и трубчатых мембранных профилей, на которых может наблюдаться электронно-плотная кайма, характерная для COPII покрытия.
Через КГ транспортируются и модифицируются по мере прохождения через мешочки органеллы белки, разные по размерам и химическим свойствам, которые будут упаковываться в разные морфологические структуры.
На транс-полюсе стопки мы наблюдаем скопление варикозных мембранных профилей, мешковидных и округлых мембранных структур разных форм, размеров и электронной плотности.
Среди этих структур выявляются округлые структуры средней электронной плотности, диаметром от 200–300 нм, внутри которых расположены 5–7 круглых профиля, диаметром 25 нм. Мы идентифицируем данные структуры тельцами Вейбеля – Паладе [10].
В них кроме основного транспортируемого белка – фактора Вилибранта может находиться целый ряд мембраносвязанных белков: интерлейкин-8, эндотелин-1, эотаксин-3, р-селектин, тканевой активатор плазминогена, тетраспарин и ряд других [7]. Кроме того, часть округлых мембранных профилей покрыты клатрином.
Мы находим сходство мешкообразных расширений, заполненных не однородным веществом средней электронной плотности, с аналогичными структурами КГ фибробластов, в которых, как было показано иммуногистохимически, транспортируются проколлагеновые агрегаты [2].
Эндотелиальные клетки играют ключевую роль в транспортировке молекул через сосудистую стенку. Одним из возможных путей молекулярного переноса является межклеточный перенос с помощью кавеол, а также межклеточных каналов [8].
Кавеолы – специфические транспортные структуры, маркером и основным компонентом которых является интегральный мембранный белок кавеолин-1 [9], определяющий характерный рельеф кавеолы. В ЭК лимфатических коллекторов кавеолы имеют вид мелких (60 нм в диаметре) мембранных почек, прикрепленных к плазматической мембране. Кавеолы могут сливаться и образовывать «гроздья».
Почти все кавеолы оказываются связанными с плазматической мембраной. Характерной особенностью кавеол является отсутствие области сужения – «шейки». Этот факт затрудняет объяснение молекулярного механизма отщепления кавеол, если такой существует. Не известны также механизмы, обеспечивающие транспорт от одной мембраны к другой.
Кроме того, показано, что частота встречаемости кавеол не коррелирует с коэффициентом тканевой проницаемости [8]. Тем не менее сообщается о присутствии в кавеолах специфических рецепторов для трансферина, инсулина, альбумина, церулоплазмина, транскобаломина и других молекул. Таким образом, роль кавеол в механизмах транспорта в ЭК остается неясной.
Одна из последних гипотез предполагает, что кавеолы взаимодействуют с другими белками покрытий и превращаются в клатрин-покрытую везикулу [6].
Трансэндотелиальный канал – цепочки из связанных между собой везикул, переменных размеров, расположенные от одной мембраны ЭК до другой [5]. Считается, что трансэндотелиальные каналы (или везикулярно-вакуолярная органелла) участвуют в регулируемом транспорте растворимых макромолекул [5]. Однако они редко бывают непрерывными [5].
В периферических отделах ЭК количество везикул больше. Средняя объемная плотность везикул в ЭК межклапанного сегмента 13,73+ 1,33. Из них, связанные с базальной плазмолеммой в среднем 31,15 %, люминальной – 32,46 %. Остальные – 46,39 % расположены свободно в цитоплазме.
В ЭК створок клапанов средняя объемная плотность везикул достоверно ниже, чем в клетках межклапанного сегмента.
Заключение
Таким образом, хорошо развитые структуры секреторного аппарата, многочисленные везикулы, кавелолы и другие, обеспечивающие транспорт, доказывают активное участие эндотелия лимфатических коллекторов в регуляции нормального функционирования сосудистой стенки и всего коллектора и не только ЭК межклапанного сегмента, но и створок клапанов.
Рецензенты:
Катаев С.И., д.м.н., профессор кафедры анатомии ГБОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Иваново;
Клетикова Л.В., д.б.н., профессор кафедры акушерства, хирургии и незаразных болезней ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная сельскохозяйственная академия им. акад. Д.К. Беляева», г. Иваново.
Библиографическая ссылка
Казакова Т.Е., Сесорова И.С. ОРГАНЕЛЛЫ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА В ЭНДОТЕЛИИ ЛИМФАТИЧЕСКИХ КОЛЛЕКТОРОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20527 (дата обращения: 26.04.2022). 
Внеклеточный матрикс и его компоненты
В организме человека клетки составляют примерно 20%, а остальные 80% — это внеклеточный матрикс.
Внеклеточный матрикс (ВМК, англ. extracellular matrix, ECM) — внеклеточные структуры ткани (интерстициальный матрикс и базальные мембраны).
Многокомпонентная субстанция, в которую погружены все клетки нашего организма. В последнее десятилетие интерес к внеклеточному матриксу значительно возрос.
Это связано с установлением его роли в старении, клеточной дифференцировке, успешной терапии рака и лечении некоторых наследственных заболеваний.
Компоненты ВКМ синтезируют специализированные клетки.
В соединительной ткани наиболее распространены фибробласты, но формировать ВКМ умеют и другие клетки: в хрящах, это хондроциты, а в костях — остеобласты.
Компоненты матрикса могут синтезировать и клетки прилегающих органов: например, клетки эпителия сосудов производят компоненты рыхлой соединительной ткани.
Разрушители ВКМ. Порядок в ВКМ наводят белки — разрушители его компонентов. Наиболее важные из них, металлопротеиназы, «расчищают путь» клеткам, которые движутся в ВКМ, и уничтожают старые и «сломанные» компоненты матрикса.
Основное вещество ВКМ. Основу матрикса формируют гиалуроновая кислота и особые белки: гликопротеины и протеогликаны. В состав ВКМ входит и множество других белков со специфической функциональной нагрузкой.
В гликопротеинах доля углеводов не превышает 20%, углеводные цепи короткие, имеют нерегулярное строение и не содержат уроновых кислот. Это структурные белки, как коллаген и эластин. За счет самого распространенного структурного белка в организме — коллагена — ВКМ приобретает прочность, а за счет эластина — гибкость и эластичность.
Протеогликаны — сложные белки с высокой степенью гликозилирования, часто имеющие в своем составе уроновые кислоты. 90–95% массы такой молекулы составляют длинные углеводные цепи регулярного строения, а на белки приходится лишь 5–10%.
Такое строение обуславливает высокую молекулярную массу протеогликанов. Протеогликаны запасают воду и полезные вещества. Выполняют функцию наполнителя (основного вещества). Благодаря полярной природе и сильному отрицательному заряду, они связывают катионы и основную часть воды.
Играют роль межтканевых прослоек и смазочного материала в суставах.
Интегрины — трансмембранные клеточные рецепторы, которые взаимодействуют с матриксом и участвуют в межклеточной коммуникации. Благодаря этим контактам в клетках активируются сигнальные каскады, регулирующие экспрессию генов, отвечающие за пролиферацию и дифференцировку клеток, их выживание или апоптоз.
Межклеточный матрикс выполняет разнообразные функции:
- является основой соединительной ткани, её клетки образуют с веществами матрикса межклеточные контакты (гемидесмосомы, адгезивные контакты и др.), которые могут выполнять сигнальные функции и участвовать в локомоции клеток;
- обеспечивает механические контакты между клетками, образует механически прочные структуры (кости, хрящ, сухожилия и суставы) и транспорт химических веществ;
- составляет основу фильтрующих мембран (например, в почках);
- изолирует клетки и ткани друг от друга (например, обеспечивает скольжение в суставах и движение клеток);
- формирует пути миграции клеток, вдоль которых они могут перемещаться, например, при эмбриональном развитии.
Межклеточный матрикс имеет различные составные вариации и выполняет множество функций.
Клеточная мембана — это двойной слой липидов, большинство из которых – фосфолипиды. Интегрины, дистрогликаны и рецепторы домена дискоидина (DDR) – белки, пронизывающие мемрану клетки. Являются клеточными рецепторами, взаимодействуют с внешней средой и передают межклеточные сигналы.
Базальная мембрана разделяет клетку и соединительную ткань (матрикс). Значит, практически все клетки вступают в контакт с матриксом напрямую.
Базальная мембрана сформирована ламинином (светлая пластинка) и коллагеном 4 типа (темная пластинка), они объединены белком нидогеном (энтактином), из этих компонентов создана пространственная структура, обеспечены механическая поддержка и защита клеток.
Фибронектин – белок клеточной адгезии, гликопротеин, также отвечающий за структуру ткани, может формировать мультимерные цепочки. Участвует в адгезии, то есть сцеплении клеток. Они помогают клеткам закрепляться на поверхностях и отвечают за их рост и перемещение в ВКМ.
Также в базальной мембране содержатся молекулы протеина перлекана, занимающегося поддержкой физиологического (эндотелиального) барьера между кровеносной системой и центральной нервной системой.
Участвует в нейромышечном соединении, отвечая за доставку нервных импульсов к мышечным клеткам.
Обеспечивает защиту нервной ткани от находящихся в крови микроорганизмов, токсинов, клеточных и гуморальных факторов иммунной системы, которые воспринимают нервную ткань как чужеродную.
Далее располагается межклеточный матрикс или соединительная ткань. Его составляющие:
Коллагены — белки, состоящие из остатков аминокислот (или пептидов). Молекула коллагена — это спираль из трёх закрученных аминокислотных (пептидных) цепочек.
Эти цепочки объединяются в «жгуты» из цепочек — фибриллы, а из пучков фибрилл состоят как раз коллагеновые волокна. Фибриллярные белки, составляющие основу соединительной ткани организма (сухожилия, кости, хрящи, дерма и т.д.), их волокнами пронизан ВМК.
Характерные свойства — прочность на разрыв, эластичность и гибкость. Эластичным белком с аналогичными свойствами является эластин.
Эластин формирует трехмерную сеть белковых волокон. Она обеспечивает механическую прочность ткани, обеспечивает контакты между клетками, формирует пути миграции клеток, вдоль которых они могут перемещаться, изолирует разные клетки и ткани друг от друга.
Аггрекан (протеогликановый хондроитинсульфат) – хрящевой специфичный протеогликановый ядерный белок.
Связывает фибриллы коллагена II типа, удерживает и связывает воду, ГК и белки, формируя осмос, а значит, делает соединительную ткань устойчивой к большим нагрузкам.
Области высокого содержания аггрекана и глюкозаминогликана способствуют осмосу, необходимому для нормального функционирования хрящевой ткани, создают «разбухание» ткани, которое препятствуют внешнему давлению на неё.
Гиалуроновая кислота (ГК) синтезируется встроенными в мембрану белками и затем «выдавливается» через нее в межклеточное пространство. ГК помогает интегринам проводить сигналы в клетку, регулирует клеточный ответ на эти сигналы и дает клеткам возможность закрепляться на различных поверхностях.
Она участвует в регенерации ткани. Содержится во многих биологических жидкостях, в том числе синовиальной, отвечает за вязкость соединительной ткани. В связке с аггреканом формирует устойчивость к компрессии.
Это основной компонент биологической смазки и суставного хряща, в котором присутствует в виде оболочки каждой клетки (хондроцита).
Коллаген 7 типа — связующий структурный компонент. Например, в коже это якорные фибриллы в связке дермы (собственно кожи) и эпидермиса. То есть он «скрепляет» и удерживает коллагеновые пучки IV-го типа (базальная мембрана, «держит в тонусе» эпидермис) и коллагеновые волокна I и III типов (основное пространство дермы).
- Телефоны Учебного центра «Олта»
Биологические свойства эндотелиальных клеток-предшественниц и их репаративный потенциал для клеточной терапии
Высокая распространенность заболеваний, связанных с атеросклеротическим поражением сосудов нижних конечностей, их прогрессирующее течение, часто приводящее к инвалидизации, обуславливает потребность в дальнейшем совершенствовании не только хирургической помощи, но и консервативной и малоинвазивной терапии пациентов с данной патологией. Среди консервативных и малоинвазивных методов особое место занимает терапия стволовыми клетками-предшественницами эндотелия как многообещающий метод для лечения пациентов, которым оперативное лечение не может быть предложено в силу характера поражения сосудистых бассейнов либо соматического статуса. В статье рассмотрены биологические свойства эндотелиальных клеток-предшественниц, патофизиологические основы их применения для терапии поражения эндотелия, приведен опыт клинических исследований.
Эндотелий — важнейший компонент сосудистой стенки, состоящий примерно из 1013 эндотелиальных клеток и занимающий около 7 м2 по площади в организме взрослого человека [1].
Эндотелий сосудов представляет собой динамическую структуру на границе между кровью и окружающими тканями и выполняет множество функций: регулирует питание, трафик компонентов крови, продуцирует ряд важнейших регуляторных факторов, таких как простагландины и оксид азота [NO], препятствует адгезии тромбоцитов и лейкоцитов, участвует во многих физиологических процессах, протекающих в организме, в том числе в гемостазе, воспалении и ангиогенезе [1, 2]. Повреждение эндотелия приводит к потере сосудистой стенкой антитромботических свойств, быстрому увеличению числа циркулирующих поврежденных эндотелиальных клеток, что может являться первоначальным критическим этапом, инициирующим развитие атеросклеротической бляшки [3, 4].
Таким образом, вопросы изучения, характеристики и поиска подходов к регенерации поврежденного эндотелия имеют исключительную значимость для терапии широкого спектра заболеваний, таких как ишемия нижних конечностей, инфаркт миокарда, системная склеродермия и др.
Процесс образования новых кровеносных сосудов носит название неоангиогенеза. По традиционным представлениям считалось, что в постнатальный период ангиогенез идёт исключительно за счет пролиферации, миграции и трансформации полностью дифференцированных эндотелиальных клеток из стенки уже сформированных кровеносных сосудов [5, 6].
Однако зрелые эндотелиальные клетки — это терминально дифференцированные клетки с низким пролиферативным потенциалом, их способность замещать поврежденные эндотелиальные клетки и образовывать новые сосуды относительно ограниченна. Следовательно, в процессах восстановления эндотелия и ангиогенеза должны принимать участие другие клетки.
Накопленные за последнее десятилетие знания показывают, что в крови взрослых людей содержатся клетки костномозгового происхождения по своим свойствам схожие с эмбриональными ангиобластами [7—10]. Эти клетки обладают способностью к дифференцировке в зрелые эндотелиальные клетки.
Они были названы эндотелиальными клетками-предшественницами (ЭКП), а процесс образования из них кровеносных сосудов — васкулогенезом.
Получены экспериментальные доказательства того, что эндотелиальные клетки-предшественницы экспрессируют эндоте-лий-специфические поверхностные маркеры (VEGFR, CD144, CD146, CD31 и др), обладают функциональными свойствами эндотелиальных клеток, принимают участие в поддержании целостности эндотелиальной выстилки сосудов и сосудистого гомеостаза [2, 11, 12], а также постнатальной неоваскуляризации в условиях ишемии in vivo [7, 8, 13-17].
Помимо прямого включения этих клеток в стенку сосуда, ЭКП обеспечивают также неоваскуляризацию и регенерацию тканей посредством синтеза сосудистых ростовых факторов, усиливающих локальный ангиогенез и вызывающих их дополнительную мобилизацию из костного мозга [18]. Клетки-предшественницы участвуют как в микроваскулярном ангиогенезе, так и в восстановлении эндотелия крупных сосудов [19—21].
Клетки-предшественницы эндотелия могут быть как гемопоэтического CD34+CD133+VEGFR+, так и мезенхимального происхождения. В терапевтических целях описано использование клеток обоих типов.
Гемопоэтические эндотелиальные клетки-предшественницы CD34^CD133'VEGFFt [ЭКП] Эти клетки можно получить из фракции мононукле-арных клеток костного мозга. Впервые ЗКП были выделены Т. Asahara с соавт. в 1997 г. из мобилизованной крови путем магнитной селекции, либо клеточного сор-тинга по характерному поверхностному маркеру CD34+.
Помимо CD34+ нативные ЗКП экспрессируют на своей поверхности CD133 и VEGFR (рецептор фактора роста эндотелия сосудов). Но даже в очищенной популяции CD34+ клеток здоровых доноров количество ЗКП (CD34+CD133+VEGFR+) составляет несколько сотых долей процента [8, 22]. Поэтому используется культивирование in vitro CD34+ клеток в условиях, способствующих их дифференцировке в ЗКП.
После культивирования подавляющее большинство клеток дифференцируются в ЗКП: меняется их морфология (клетки становятся вытянутыми), появляется экспрессия специфических для эндотелия маркеров (CD31, VEGFR2, vWF, Tie-2, E-selectin, CD144, CD146, CD184) и клетки приобретают способность связывать липопротеины низкой плотности (Dil—Ac—LDL, UEA—1), что является специфическим свойством эндотелиальных клеток [7, 8].
Основные условия, необходимые для эндотелиальной дифференцировки CD34+ клеток, заключаются в обязательном наличии субстрата: фибронектина или коллагена [23], а также среды с набором ангиогенных ростовых факторов. Срок культивирования составляет от 10 до 30 сут.
Способность ЗКП (CD34+) участвовать в восстановлении поврежденного эндотелия сосудов, а также образовывать новые функционально активные капилляры доказана в многочисленных экспериментальных работах [7, 8, 13—17, 24].
Вместе с тем, получение достаточного для терапевтического использования количества CD34+ у взрослого человека — трудоемкая и дорогостоящая процедура.
Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется поиску клеток-предшественниц негемопоэтического происхождения, способных дифференцироваться в эндотелий.
Мультипатентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК)
Биологическая роль эндотелия в условиях нормы
Агабеков А.И., Рзаева Т.Ш.
Научные руководители: д.м.н., проф. Чеснокова Н.П., д.м.н., проф. Барсуков В.Ю
Кафедра патологической физиологии им. А.А. Богомольца
Введение
Эндотелиальные клетки имеют.гетерогенную структуру, обладающую многообразными функциями, а нарушение структуры и функций эндотелия является инициирующим фактором развития различных форм патологии.
Эндотелиальная выстилка сосудов весьма разнообразна, в ряде органов и тканей имеет плотные межклеточные контакты, носит непрерывный характер, что свойственно для гематоэнцефалического барьера.
В других органах и тканях, в частности, в почках, ряде эндокринных желез, эндотелий носит фенестрированный, синусоидальный характер, и тем самым обеспечивает селективную проницаемость для различных веществ (З. А. Лупинская, А. Г.Зарифьян, Т. Ц. Гурович, С. Г. Шлейфер 2008)
Сосудистый эндотелий, по мнению ряда авторов, является эндокринным органом, и выполняет многочисленные функции, в частности, регуляцию коагуляционного потенциала крови, а также сосудистого тонуса.
Эндотелиальные клетки опосредуют воспалительные и иммунные процессы; регулируют адгезию лейкоцитов; модулируют окисление липидов; регулируют проницаемость сосудов, их реэндотелизацию за счет факторов роста.
Целью данной работы явился анализ данных литературы отечественных и зарубежных авторов относительно роли эндотелия в регуляции функциональной активности сосудистой стенки в условиях нормы.
Эндотелиальные факторы, регулирующие сосудистый тонус.
Среди эндотелиальных факторов, влияющих на сосудистый тонус, выделяют вазодилатирующие факторы, к которым относятся NO, EDHF (эндотелиальный гиперполяризующий фактор), простациклин, адреномедуллин, моноокись углерода, пуриновые основания, эндогенные каннабиоиды, Na-уретический пептид С, кинины и ряд других.
К вазоконстрикторным факторам, продуцируемым эндотелиальными клетками, относятся тромбоксан А2, эндотелины, 20-HETE (20-гидрооксиэйкозотетраеновая кислота), ангиотензин II. Балланс между факторами релаксации и констрикции определяет тонус сосудов и соответственно величину местного кровотока. (Каде А.Х., Занин С.А., Губарева Е.
А. и др. , 2011)
Вазодилатирующие факторы, продуцируемые эндотелием
Касаясь биологических эффектов ряда вазодилатирующих соединений, синтезируемых в эндотелиальных клетках, следует прежде всего остановиться на эффектах NO.
NО образуется в клетках эндотелия из L-аргинина под действием фермента NO-синтетазы. Имеются два уровня секреции NO — базальный и стимулированный. Тонус сосудов в покое осуществляется постоянной базальной секрецией.
Некоторые химические вещества: ацетилхолин, АТФ, брадикинин, а также гипоксия или механическая деформация увеличивают синтез NO.
Стимулируя гуанилатциклазу, NO увеличивает образование цГМФ в гладкомышечных клетках, тромбоцитах, что обусловливает расслабление сосудов, ингибирует пролиферацию гладкомышечных клеток и тормозит активность тромбоцитов и макрофагов. (В. Ф. Киричук, А. П. Ребров, С. И. Россошанская, 2005)
Простациклин синтезируется преимущественно в эндотелии. Основным механизмом, регулирующим его образование, является активность ферментов циклооксигиназ.
Простациклин оказывает вазодилатирующее действие за счет стимуляции специфических рецепторов, локализованных на гладкомышечных клеток сосудов, что ведет к повышению активности в клетках аденилатциклазы и увеличение образования цАМФ. (Дзгоева Ф. У., Кутырина И. М. 2000)
При блокировании действия NO и простациклина вазодилатацию вызывает эндотелиальный фактор гиперполяризации (EDNF).
Данный фактор выделяется только под действием некоторых стимулов: ацетилхолина, брадикинина, тромбина, гистамина, субстанции Р, АДФ, АТФ.
EDNF является мощным вазодилататором, воздействующим на Cа++-зависимые К+-каналы гладкомышечных клеток сосудов, стимулируя выход из них ионов калия, который вызывает их гиперполяризацию и расслабление.
Пуриновые основания, эндогенными источниками которых являются тромбоциты, эндотелиоциты, нейроны и другие клетки, действуют на различные рецепторы клеток сосудистой стенки: при воздействии на рецепторы эндотелия, происходит стимуляция образования основных вазодилатирующих факторов: простациклина, оксида азота, эндотелиального гиперполяризующего фактора; при воздействии на рецепторы гладкомышечных клеток сосудов пуриновые нуклеотиды вызывают эндотелий-независимую вазодилатацию.
К эндогенным каннабиоидам относят анаидамид и 2-арахидонилглицерин, источниками которых являются клетки эндотеия, тромбоциты, лейкоциты, макрофаги, а также периваскулярные нервные окончания.
Анаидамид и 2-арахидонилглицерин образуются в больших количествах при активации тромбоцитов и моноцитов и участвуют в механизмах снижения артериального давления при различных патологических состояниях. (Чурюканов М. В.
, Чурюканов В. В., 2004)
Известны еще два фактора, выделяемые эндотелием и вызывающие дилатацию сосудов: натрийуретический пептид С-типа (НПС) и адреномедуллин. Натрийуретический пептид С вызывает релаксацию сосудов и угнетает пролиферацию гладкомышечных клеток.
Большей частью НПС синтезируется в эндотелии, воздействует на рецепторы гладкомышечных клеток, вызывая увеличение образования цГМФ, приводящего к расширению сосуда. Адреномедуллин действует как прямой вазодилататор за счет увеличения продукции цАМФ.
В результате активации аденилатциклазы образуется из препроадреномедуллина в эндотелиальных и гладкомышечных клетках сосудов. Доказано. что сосудорасширяющее действие адреномедуллина связано как с эндотелий-зависимыми, так и с эндотелий-независимыми механизмами.
Предполагается наличие специфических рецепторов к адреномедуллину. (Kitamura K. et al. Adrenomedullin, 1993)
Моноокись углерода образуется из гема под действием двух изоформ гемоксигеназ (НО-1 и НО2). Образуется СО в различных регионах, но преимущественно — в эндотелии сосудов мозга (Faraci F.M., Heistad D.D., 1998), где участвуют в регуляции кровотока, непосредственно вызывая расслабление мозговых сосудов. (Черток В. М., Коцюба А. Е., 2012)
Калликреин-кининовая система. Вазодилатирующий эффект кининов связан с активацией В2 рецепторов на эндотелии и образованием основных эндотелиальных вазодилатирующих факторов — NO, простациклина, EDHF.
Вазоконстрикторные факторы, продуцируемые эндотелием
Эндотелиальные факторы вызывают сужение сосудов, что связано с отсутствием высвобождения факторов релаксации и с продукцией констриктивных агентов. К вазоконстрикторам, синтезирующимся в эндотелиальных клетках относят эндотелины, тромбоксан А2, 20-HETE (20-гидрооксиэйкозотетраеновая кислота), ангиотензин II.
Эндотелины — наиболее мощные вазоактивные вещества. Самый изученный представитель данной группы — эндотелин-1.
В физиологических концентрациях он действует на эндотелиальные рецепторы, вызывая высвобождение факторов релаксации, а в более высоких — активируют рецепторы на гладкомышечных клетках, стимулируя стойкую вазоконстрикцию и пролиферацию медии. (Дремина Н. Н., Шурыгин М. Г., Шурыгина И. А., 2016)
Тромбоксан А2 преимущественно синтезируется в тромбоцитах, но некоторое его количество образуется в эндотелии. Специфические рецепторы к нему расположены на гладкомышечных клетках сосудистой стенки.
Сокращение гладкомышечных клеток при стимуляции тромбоксаном связано со снижением активности аденилатциклазы и повышением содержания внутриклеточного кальция. (Дзгоева Ф. У., Кутырина И. М.
, 2000)
Ангиотензин ||, образуется в результате активации ренин-ангиотензиновой системы и является одним из наиболее сильных вазоконстрикторов.
Активация данной системы может происходить как на системном уровне при выделении ренина клетками юкстагломерулярного комплекса почек, так и локально, на уровне эндотелия, в котором образуется ренин и ангиотензин-превращающий фермент. (Бабак О. Я., Кравченко Н. А. 2005)
Вазоконстрикторную функцию выполняет 20-гидроксиэйкозотетраеновая кислота (20-НЕТЕ) — продукт обмена арахидоновой кислоты по монооксигеназному пути. 20-НЕТЕ, действуя на гладкомышечные клетки сосудов, вызывает деполяризацию клеточных мембран.
Его образование увеличивается под действием ангиотензина 2 и эндотелина-1, а также при гипероксии и является одним из ведущих факторов высокого артериального давления. Увеличение его образовния сопровождается включением тормозных регуляторных механизмов активацией синтеза простациклина, т.е.
сохраняется принцип антагонистической регуляции.
Роль эндотелия в регуляции коагуляционного потенциала крови
Одной из важных функций эндотелия является обеспечение тромборезистентности сосудистой стенки, а с другой стороны ее тромбогенности.
К числу тромбогенных факторов, стимулирующих процессы адгезии и агрегации тромбоцитов относится vWF (фактор Виллебранда), PAF (фактор активации тромбоцитов), АДФ, тромбоксан А2 Адгезия тромбоцитов к эндотелию — это начальный этап процессов гемостаза и тромбоза, что приводит к формированию тромбоцитарного тромба, активации плазменных прокоагулянтов с последующим образованием тромбина. К ингибиторам синтеза тромбина относятся: тромбомодулин, протеогликаны, предотвращающие избыточное фибринообразование. Тромборегуляторы оказывают влияние не только на гемостаз, но и проницаемость сосудов, вазомоторные реакции, ангиогенез, клеточную пролиферацию. (Петрищев Н.Н., Власов Т.Д. 2003)
Как указывалось выше, при гипоксии и действии медиаторов, увеличивающих синтез NO, в эндотелиальных клетках, медии и адвентиции синтезируется простациклин.
Простациклин активирует аденилатциклазу, следствием чего является увеличение содержания цАМФ, который, помимо выполнения вазодилатирующей функции, препятствует активации тромбоцитов и вызывает релаксацию сосудов.
Нарушение синтеза простациклина или снижение его поступления в кровь создает тромбогенную опасность. NO подавляет адгезию и агрегацию тромбоцитов. Этот процесс ассоцирован с увеличением содержания в тромбоцитах цГМФ.
Тромбогенный риск повышается по мере снижения содержания в плазме крови активных антитромбинов, в первую очередь АТ III, при одновременном наличии предрасполагающих факторов — гиперлипидемии, ожирения, диабета, сердечной недостаточности. (Suck G., Traut W. 2000)
Эндотелий играет важную роль в развитии фибринолиза за счет секреции тканевого и урокиназного активаторов плазминогена и его ингибиторов, которые могут или быстро нейтрализовать плазмин, или препятствуют активации плазминогена.
Под влиянием гемодинамических факторов, пристеночного напряжения сдвига, трансмурального давления и ряда других факторов возникает динамическое изменение синтеза и секреции тромбогенных и атромбогенных субстанций эндотелия.
В физиологических условиях выделение атромбогенных субстанций преобладает над тромбогенными. (Петрищев Н.Н., Власов Т.Д. 2003)
Физиологический антикоагулянтный комплекс — это система протеина С (Pr C), в которую входит тромбомодулин, протеин С, протеин S, тромбин (активатор Pr C) и ингибитор Pr C. Функцией данной системы является ингибирование факторов свертывания крови Va и VIIIa, инактивация ингибитора тканевого активатора плазминогена. (Айламазян Э. К., Мозговая Е. В. 2008)
В регуляции гемостатической функции эндотелия большое значение имеют гормоны вазопрессин, эстрогены, цитокины: интерлейкин-1, TNF- α, гемодинамические факторы. К факторам эндотелиального происхождения, ингибирующим адгезию и агрегацию тромбоцитов, относят простациклины, простагландины Е2, NO.
Значение эндотелия в регуляции адгезии лейкоцитов
Исключительно важную роль играет эндотелий в развитии адгезии лейкоцитов. К адгезивным молекулам эндотелия относятся Р-селектин, GMP-140, ELAM-1, ICAM.
Повышение адгезивности эндотелия имеет большое значение в патогенезе воспалительных процессов, атеросклерозе, септическом шоке.
Однако до настоящего момента остается не изученным значение нарушения адгезивных свойств сосудистой стенки в патогенезе неоплазий различной локализации и развитии метастазирования малигнизированных клеток.
Значение эндотелиальных клеток в процессе ангиогенеза
Эндотелию принадлежит значительная роль в процессе ангиогенеза в условиях патологии. В стабильном состоянии эндотелиоциты пролиферируют лишь раз в 10 лет.
Под действием ангиогенных факторов происходит пролиферация эндотелиоцитов, которая заканчивается их дифференцировкой и реэндотелизацией сосудов.
Эндотелий активно участвует в процессе кооперации между эндотелиоцитами и окружающими клетками, выделяя факторы роста (VEGF, FGF-2), вызывая таксис и пролиферацию гладкомышечных клеток и фибробластов.
Эндотелиальная дисфункция является одним из универсальных патогенетических факторов развития таких форм патологии как атеросклероз, гипертоническая болезнь, сахарный диабет, тромбогеморрагический синдром и канцерогенез. Причинами эндотелиальной дисфункции могут быть ишемия, гипоксия тканей, свободно-радикальное повреждение, цитокины и ряд других факторов.
Заключение
В патогенезе заболеваний различного генеза большое значение имеют нарушения функциональной активности сосудистой стенки, являющейся, по существу, эндокринным органом, регулирующим состояние сосудистого тонуса, коагуляционного и тромбоцитарного-сосудистого звеньев системы гемостаза, фибринолиз, адгезивно-агрегационные способности эндотелия, процессы ангиогенеза, экспрессирующие белки МНС I и II классов, участвующих в ряде случаев в представлении антигенов-аллергенов, а также продуцирующим различные цитокины локального и системного действия. В патогенезе заболеваний различной этиологии важная роль относится эндотелиальной дисфункции, в связи с этим абсолютно необходимо знание многочисленных функций сосудистой стенки в условиях нормы и маркеров эндотелиальной дисфункции, свидетельствующих о развитии патологии.
Загрузка...
