Эритропоэз

Зрелые миелоидные клетки крови (эритроциты, гранулоциты - нейтрофильные, эозинофильные, базофильные; тромбоциты; моноциты - макрофаги) и лимфоидные (Т- и В-лимфоциты) образуются в костном мозге. Родоначальная клетка гемопоэза - стволовая клетка кроветворения (СКК), важным свойством которой является ее полипотентность.

Стволовая клетка кроветворения - родоначальница кроветворных клеток всех линий, по экспериментальным данным, существует определенное время: продолжительность жизни индивидуального клона составляет 1-6 мес, причем исчезнувшие клоны, как правило, вновь не появляются, а кроветворение всегда представлено разными клонами. Пролиферативный потенциал стволовой клетки кроветворения имеет свои пределы: каждая стволовая клетка кроветворения продуцирует клон, истощающийся в течение месяца. Стволовая клетка кроветворения закладываются в эмбриогенезе и расходуются последовательно, образуя короткоживущие, локально расположенные, сменяющие друг друга клеточные клоны, подобно тому, как это происходит в яичнике. Важно отметить, что все отделы клеток-предшественниц гетерогенны, а в отдел стволовой клетки кроветворения входят только ранние клетки-предшественницы, сохранившие полипотентность, но не входят самоподдерживающиеся и расходующиеся в течение жизни клетки. В последнее время выдвигается представление о существовании тотипотентных клеток-предшественниц, которые способны дифференцироваться, поступая во все ткани, являющиеся производными трех эмбриональных ростков. Эти клетки рассеяны по всем органам, однако их присутствие в определенном органе не определяет их способности дифференцироваться в зрелые клетки этого органа.

Собственно эритропоэз начинается с бурстообразующей единицы эритропоэза (БОЕ-Э), которая дифференцируется в колониеобразующие единицы эритропоэза (КОЕ-Э), способные дифференцироваться в эритробласты, пронормоциты, нормоциты (базофильные, полихроматофильные, оксифильные), затем - в ретикулоциты и эритроциты. Выбор направления дифференцировки происходит случайно, стохастически, под влиянием ростовых и ингибирующих факторов, которые продуцируются клетками микроокружения. Причем по мере расходования стволовой клетки кроветворения количество их в костном мозге уменьшается, а восстановление численности стволовой клетки кроветворения происходит по механизму обратной связи. Когда количество зрелых клеток в костном мозге уменьшается, стволовые клетки кроветворения начинают дифференцироваться по всем возможным направлениям, компенсируя тем самым возникшую потребность в зрелых клетках.

Издержками такой регуляции является неэффективный эритропоэз, когда происходит избыточное образование ненужных в данный момент костно-мозговых элементов, которые и гибнут на уровне костного мозга. В норме это рассматривается как резерв кроветворения. Так, например, быстрый ответ на массивную кровопотерю возможен только при наличии в костном мозге избыточного (в иных условиях) количества эритрокариоцитов.

В механизмах регуляции кроветворения на местном уровне участвуют стромальные ростовые факторы, стимулирующие или ингибирующие гемопоэз, - это интерлейкины, которые действуют специфически или неспецифически на уровне ранних, полипотентных и коммитированных (стареющих) предшественников. К ним относятся: гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, фактор стволовых клеток, интрелейкины и др. В дифференцировке гемопоэтических клеток участвуют и генные механизмы. Так, в эксперименте было показано, что включение определенных генов приводит к полному прекращению кроветворения. В то время как ранние предшественники постепенно утрачивают чувствительность к действию ростовых факторов, их потомки приобретают чувствительность к линейно специфическим факторам, поддерживающим пролиферацию и созревание коммитированных предшественников. К ним, в частности, относятся: эритропоэтин, тромбопоэтин, ИЛ-5, макрофагальный стимулирующий фактор и др.

Наиболее важным из перечисленных регуляторов эритропоэза является эритропоэтин, представляющий собой гликопротеин, который продуцируется преимущественно в почках в неактивной форме. В крови под влиянием особого белка - эритропоэтиногена - он превращается в активный эритропоэтин. Кроме того, небольшая часть эритропоэтина синтезируется гепатоцитами в печени, а также макрофагами (моноцитами). Эритропоэтин действует на уровне БОЕ-Э, активируя процессы пролиферации и созревания эритробластов, а также синтез гемоглобина. Одновременно он ингибирует процесс гибели эритроидных клеток в костном мозге и способствует более быстрому созреванию неделящихся клеток (нормоцитов, ретикулоцитов).

В регуляции синтеза эритропоэтина участвуют различные факторы, главным из которых является отношение «доставка кислорода/потребность в кислороде», складывающееся в местах образования гормона. Следовательно, все виды гипоксии стимулируют синтез эритропоэтина и эритропоэз. В патологических условиях, когда потребность в кислороде уменьшается (например, при гипотиреозе), снижается и синтез эритропоэтина. В регуляции синтеза эритропоэтина участвуют также нервные, иммунные и эндокринные механизмы. Так, агонисты ß-адренергических рецепторов повышают, а ангагонисты - снижают темп эритропоэза, предположительно, за счет прямого действия на эритропоэтин-продуцирующие клетки. Кроме того, стволовые гемопоэтические клетки взаимодействуют с Т-лимфоцитами, которые оказывают активирующее (хелперное), либо угнетающее (супрессорное) влияние на эритропоэз.

Определенное воздействие на эритропоэз оказывают также системные гормоны (гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, эндокринной части поджелудочной железы, половых желез и др.), изменяя метаболизм клеток, продуцирующих эритропоэтин, потребность тканей в кислороде или модулируя взаимодействие эритропоэтина с клетками-мишенями. Так, соматостатин в присутствии эритропоэтина потенцирует образование эритроидных колоний в эксперименте; пролактин также активирует эритропоэз в присутствии эритропоэтина; гормоны щитовидной железы активируют синтез эритропоэтина и стимулируют пролиферацию эритропоэтинчувствительных клеток (особенно гормон Т₄).

О роли надпочечников в регуляции эритропоэза свидетельствует развитие анемии при болезни Аддисона и симптоматического эритроцитоза при болезни Кушинга. Стимулирующее действие андрогенов на эритропоэз подтверждается более высоким содержанием гемоглобина у мужчин, чем у женщин, что, как полагают, объясняется их анаболическим влиянием на синтез эритропоэтина. Эстрогены, напротив, оказывают ингибирующее действие на эритропоэз благодаря угнетению синтеза эритропоэтина и прямого ингибирующего влияния на клетки-мишени костного мозга. Инсулин активирует эритропоэз, а глюкагон угнетает его, в связи с чем уменьшается количество ретикулоцитов и снижается абсолютное количество нормоцитов в костном мозге. При первичном гиперпаратиреоидизме в ряде случаев также развивается анемия.

Таким образом, регуляция эритропоэза осуществляется при участии практически всех регулирующих систем: нервной, иммунной, эндокринной, которые могут либо стимулировать его, либо оказывать ингибирующее действие.

Зрелая клетка эритропоэза - эритроцит - является уникальной во многих отношениях: она не имеет ядра и отличается низким уровнем обмена веществ, что обусловливает возможность ее существования в течение длительного времени (около 120 дней); ее белковый состав остался неизменным уже на протяжении 2000 лет. В мембране эритроцита обнаружены белки (спектрин, анкирин, актин), создающие фибриллярную сеть. Их синтез генетически закодирован, осуществляется вне мембранной системы, а различные нарушения синтеза этих белков приводят к развитию некоторых форм микросфероцитоза, эллиптоцитоза, других гемолитических анемий, имеющих наследственную природу. В то же время нормальный состав мембраны эритроцитов обеспечивает их деформируемость и свободное прохождение через синусоиды селезенки. Среди функций мембраны эритроцитов необходимо назвать всасывание различных веществ, газообмен, аккумуляцию и трансформацию энергии.

Основную массу эритроцита (95-98 %) составляет гемоглобин, представляющий собой дыхательный белок, осуществляющий перенос кислорода от легких к тканям и углекислоты - от тканей в легкие. В состав гемоглобина входят гем и глобин, причем гем включает в себя железо и протопорфирин IX, имеющий 4 пиррольных кольца. Железо расположено в центре протопорфиринового кольца и имеет 6 координационных связей: 4 связаны с пиррольными кольцами протопорфирина, 1 - с глобином и 1 - с кислородом либо с другим лигандом. Строение гема у всех животных одинаково, а следовательно, именно железо является тем облигатным биометаллом, без которого невозможно строительство гема. Различия в составе гемоглобина обусловлены глобином, который и определяет специфичность гемоглобина.

В состав глобина входят а- и ß-полипептидные цепи, свойственные именно НЬА (его концентрация в эритроците составляет 95-98%), у-полипептидные цепи, входящие в состав HbF (так называют фетальный гемоглобин, концентрация которого в эритроцитах взрослого человека не превышает 2%). Примерно 2-3% приходится на НЬА₂, состоящий из а-, ß- и Х-полипептидных цепей. В общей сложности молекула гемоглобина содержит 574 аминокислоты, генетически связанные в определенной последовательности.

Модификация группы гема, как и изменения в составе аминокислот в глобине, приводят к нарушению свойств гемоглобина. Гем, не являясь белковой детерминантой, формирует специфическую структуру глобина, повышает его толерантность к действию протеолитических ферментов, снижает скорость его денатурации, но в отсутствие глобина не способен присоединять кислород. Появление аномального гемоглобина - чаще всего следствие мутации НЬА. Следует напомнить, что независимый генетический контроль а-, ß-, у-, сигма- и лямбда-цепей осуществляется двумя генами, локализованными в различных генетических локусах. Для истинных гемоглобинопатии (серповидноклеточной и гемоглобинозов С, D, Е, М и др.) характерны мутации на уровне структурных генов. В то же время большинство форм талассемии возникает в результате мутаций на уровне регуляторных генов, приводящих к снижению скорости синтеза тех или иных цепей и повышению концентрации сохранившихся цепей. Например, присутствие гена высокой скорости синтеза HbF подавляет синтез ß- и у-цепей.