Самоподдержание стволовых клеток. Пролиферативные способности стволовых клеток

Обновлено: 23.04.2024

Гематология: Стволовая кроветворная клетка (СКК) - свойства, функции, типы

Родоначальницей всех клеток крови является стволовая кроветворная клетка (СКК), которая может развиваться в различные виды зрелых клеток. Она способна к самоподдержанию, т. е. производству себе подобных клеток, не обязательно сразу после деления вступающих в дифференцировку.

Представление о наличии стволовой кроветворной клетки (СКК) и унитарной теории кроветворения, в соответствии с которой все клетки крови происходят из единой клетки-предшественницы, было сформулировано в 1909 г. профессором Военно-медицинской академии А. А. Максимовым в работе «Лимфоцит как общая постоянная клетка различных элементов крови в эмбриональном развитии и в последующей жизни млекопитающих».

Существование стволовой кроветворной клетки (СКК) в 1961 г. доказали J. E. Till и Е. A. A. McCullough с помощью культуральных исследований: было установлено, что при пересадке донорского костного мозга облученной мыши в ее селезенке развиваются очаги кроветворения, которые представляют собой потомство одной клетки (так называемой колониеобразующей единицы селезенки, или КОЕс), способной дифференцироваться по всем росткам кроветворения.

Основными свойствами популяции стволовой кроветворной клетки (СКК) являются: 1) полипотентность (возможность дифференцироваться по всем росткам кроветворения); 2) способность к самоподдержанию, которая является ключевой в концепции стволовой клетки.

В настоящее время имеются две теории, объясняющие этот феномен: 1) деление стволовой кроветворной клетки (СКК) асимметрично: из двух произведенных СКК одна является недифференцированной, другая — дифференцированной (продуцирующей зрелые клетки крови); 2) при делении стволовой кроветворной клетки (СКК) образуется либо две новых СКК, либо две более зрелых клетки (т. е. пул стволовой кроветворной клетки (СКК) поддерживается не асимметричным делением стволовых клеток, а равновесием между числом делений, увеличивающих количество СКК, и делений, связанных с появлением более зрелых клеток).

Различают два типа стволовых кроветворных клеток (СКК): первичные, или истинные, долгоживущие СКК, способные к самоподдержанию, и короткоживущие клетки, которые могут пролиферировать in vivo и воспроизводить все клетки крови, но не способны к самоподдержанию.

Изучение стволовой кроветворной клетки (СКК) затруднено в связи с их незначительным количеством — приблизительно 1 клетка на 104-106 миелокариоцитов и на 105-107 клеток периферической крови. Иммунофенотип стволовой кроветворной клетки (СКК) характеризуется экспрессией антигенов CD34, CD59, Thyl и рецептора для фактора стволовых клеток (kit), отсутствием антигенов CD33, CD38 и HLA-DR. В результате последовательных делений и дифференцировок из одной СКК образуется около 103 клеток-предшественниц и 106 зрелых клеток.

Кроме того, выделяют CD133+ гемопоэтические стволовые клетки, выявляемые среди CD34 негативных клеток. Этот маркер имеется также на ранних предшественниках эндотелиальных, мышечных и нервных клеток.

Культуральными исследованиями доказана высокая колониеобразующая способность стволовой кроветворной клетки (СКК) и их способность к длительному самоподдержанию. Направление дифференцировки стволовой кроветворной клетки (СКК) определяется кроветворным микроокружением.

Важное влияние на процессы самоподдержания и дифференцировки стволовой кроветворной клетки (СКК) оказывают гемопоэтические ростовые факторы. Некоторые из них (ИЛ-1, ИЛ-6) могут выступать как пусковой механизм, запускающий «дремлющие» СКК в пролиферацию; другие (гранулоцитарный КСФ, фактор стволовых клеток, ИЛ-3), напротив, способствуют длительному сохранению стволовой кроветворной клетки (СКК) в фазе G0.

К ближайшим потомкам стволовой кроветворной клетки (СКК) относятся миелоидная и лимфоидная стволовая кроветворная клетка (СКК), которые могут дифференцироваться соответственно в клетки миелоидного и лимфоидного ряда. Следующим классом клеток-предшественниц в лимфоцитарном ряду являются пре-В- и npe-T-клетки, в миелоидном — смешанная клетка-предшественница, способная созревать в эритроидные, гранулоцитарные, моноцитарные и мегакариоцитарные клетки (КОЕ-ГЭММ).

Следующим этапом развития клеток-предшественниц являются клетки-предшественницы гранулоцитов и моноцитов (КОЕ-ГМ), гранулоцитов, эозинофилов (КОЕ-Эоз), базофилов (КОЕ-Баз), мегакариоцитов (КОЕ-Мег), эритроцитов (БОЕ-Э — бурстобразующие единицы, получившие название от английского слова «burst» — взрыв, в связи со способностью быстрого образования большого количества содержащих гемоглобин клеток), которые имеют все более низкий дифференцировочный потенциал. Морфологически все эти клетки также не отличаются от лимфоцита, и их наличие доказывается культуральными методами и иммунофенотипированием.

Самые ранние стволовые кроветворные клетки (СКК) обладают очень высоким пролиферативным потенциалом, выраженным самоподдержанием и способностью давать потомство многим направлениям дифференцировки. С возрастом общее число стволовых кроветворных клеток (СКК) не меняется. Стволовые клетки, вступившие на путь дифференцировки, называют коммитированными. Процесс коммитирования заключается в снижении способности клеток к самоподдержанию, полипотентности и определении направления дифференцировки, что приводит к образованию дифферонов.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Самоподдержание стволовых клеток. Пролиферативные способности стволовых клеток

Стволовые кроветворные клетки не представляют собой быстро пролиферирующую популяцию с коротким и относительно постоянным временем генерации. Исследования с ядами, избирательно поражающими делящиеся клетки лишь в определенной стадии клеточного цикла, показали, что средства, вызывающие гибель клеток, находящихся в периоде редупликации ДНК (например, 3Н-тимидин высокой удельной активности, оксимочевина и др, почти не влияют на стволовые кроветворные клетки животных со стабильным кроветворением (Dunn, 1971) и поэтому не снижают защитных способностей кроветворных клеток, лишенных синтезирующих ДНК клеток (Haas е. а., 1972).

Отсюда следует, что при равновесном кроветворении подавляющее большинство (видимо, не менее 90%) стволовых клеток находится вне клеточного цикла (период G0) или в длительном периоде G,. Стабильное поддержание величины отдела стволовых клеток обеспечивается небольшой долей пролиферирую-щих клеток. В случае угнетения отдела в покоящихся стволовых клетках быстро индуцируется пролиферация. Так, после трансплантации в облученный организм стволовые клетки через 3—4 дня находятся в фазе экспоненциального роста. В это время величина тимидинового «самоубийства» их составляет до 50—60%.

Так как продолжительность S-периода для стволовых клеток составляет в это время до 70% от общей длительности клеточного цикла (Hodgson е. а., 1975), ясно, что в условиях гемопоэтического стресса пролиферация может индуцироваться во всей популяции сохранившихся стволовых клеток. В связи с этим время удвоения экспоненциально растущей популяции стволовых клеток оказывается очень коротким, порядка 15—20 час. Возникает вопрос, не исчерпывают ли стволовые клетки в процессе пролиферации способности к самоподдержанию.

Иными словами, это вопрос о том, имеют ли стволовые клетки возрастную структуру, равноценны ли по способности к дальнейшей пролиферации стволовые клетки, проделавшие на протяжении своей предыдущей истории различное число митотических делений.

Систематическое изучение способности к самоподдержанию стволовых клеток от животных разного возраста было осуществлено с помощью метода селезеночных колоний. Не было выявлено различий в содержании КОЕс на колонию при серийных пассажах клеток колоний, продуцированных костным мозгом молодых животных (восемь недель) по сравнению с костным мозгом старых мышей (1,5— 2,5 года); истощение в обоих случаях наступало через три пассажа. КОЕс из печени новорожденной мыши выдерживали четыре пассажа, из печени 10-дневных эмбрионов — шесть пассажей, из желточного мешка 9-дневных эмбрионов — семь пассажей.

Очень приблизительные расчеты (время генерации КОЕс в колонии принято 12 час во все время пассажей) показали, что КОЕс взрослых животных может делиться 28 раз до выявления дефекта в пролиферации, КОЕс новорожденных — 56 раз и КОЕс ранних эмбрионов — 84 раза.

Таким образом, в эмбриональном периоде, когда стволовые клетки интенсивно пролиферируют, пролиферативный потенциал их постепенно снижается. Во взрослом организме, в котором пролиферация стволовых клеток незначительна, дальнейшее снижение способности к пролиферации выявить труднее. Оно было обнаружено в исследованиях с переносом костного мозга к мышам-мутантам W/Wv, у которых дефектны стволовые клетки. Здоровые стволовые клетки при трансплантации необлученным мутантам постепенно заменяют кроветворные клетки реципиента. Это дало возможность вести серийные трансплантации (1 раз в 12—16 мес ) костного мозга от молодых и погибающих от старости мышей в организме мутантов свыше 5 лет (при продолжительности жизни мышей до 2 лет).

Снижение способности к самоподдержанию (по числу КОЕс) у костного мозга от старых мышей (в сравнении с костным мозгом от молодых животных) выявилось лишь после 4-го пассажа, через 63—70 мес от начала опыта (Harrison, 1973).

Еще более четко возможность истощения пролиферативной способности стволовых клеток была выявлена при серийных трансплантациях в облученный организм смеси костного мозга от молодых и старых доноров, несущих различные хромосомные маркеры (Ogden, Micklem, 1976). При первых двух пассажах, производимых один раз в 8—10 недель, эффективно репопулируют около 100 стволовых кроветворных клеток, тогда как при последующих пассажах, несмотря на то, что вводится всегда одно и то же число стволовых кроветворных клеток, способность к клонообразованию сохраняется лишь у двух — пяти из них.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Старение стволовых клеток. Механизмы самоподдержания стволовых клеток

Данные доказывают, что стволовые кроветворные клетки обладают способностью к старению, к отсчету числа проделанных ими делений. Для удовлетворения потребностей в кроветворении стволовые клетки используются не случайно, а с учетом их возраста (Rosendaal е. а., 1976). В первую очередь мобилизуются в цикл более старые, т. е. проделавшие большее число делений, стволовые клетки, в значительной мере уже исчерпавшие свои пролиферативные возможности.

После повторных введений оксимочевины, уничтожающей только клетки, находящиеся в периоде синтеза ДНК, все новые стволовые клетки мобилизуются в цикл и погибают в результате следующих введений цитостатика. Сохранившиеся после пяти доз препарата стволовые клетки оказываются более молодыми, судя по их функционально большей эффективности, по большей способности к самоподдержанию и продукции дифференцированного потомства (Rosendaal е. а., 1976).

Механизм такой возрастной организации отдела стволовых клеток для использования не ясен. Он может быть связан с возрастанием чувствительности стволовых клеток к триггирующим их в цикл воздействиям по мере старения либо с наличием структурной организации в кроветворном микроокружении, в котором участки, индуцирующие пролиферацию стволовых клеток, длительное время заняты стволовыми клетками, вплоть до истощения их пролиферативного потенциала.

Обнаружение возрастной структуры отдела стволовых клеток ставит важный вопрос о том, можно ли вообще говорить о самоподдержании стволовых клеток. Сам этот термин подразумевает, что после деления исходной клетки образуются две новые клетки, полностью ей идентичные. Между тем из сказанного выше ясно, что это не так — вновь образовавшиеся клетки отличаются от исходной тем, что они в дальнейшем способны проделать на одно деление меньше, и в этом смысле новые клетки иные, более старые, поэтому использование термина «самоподдержание» не должно быть безоговорочным.

Под ним подразумевают поддержание величины отдела стволовых клеток, но качественные характеристики отдела при этом могут меняться. Вопрос этот имеет не просто терминологическое значение. Ранее предполагалось, что обеспечение организма клетками, расходуемыми в течение жизни, может осуществляться двумя путями: либо клетки заготовляются в эмбриогенезе впрок, на всю жизнь, и дальше только постепенно созревают (как, например, яйцеклетки), либо в эмбриогенезе готовится немного клеток, которые в дальнейшем самоподдерживаются. Последний путь использован, например, для стволовых кроветворных клеток.

Обсуждавшиеся выше данные показывают, что различия между этими двумя путями гистогенеза не столь существенны. В обоих случаях исходные клетки заготавливаются в эмбриогенезе впрок. Однако в первом из них заготовленные клетки теряют пролиферативную активность полностью, а во втором они сохраняют высокий пролиферативный потенциал, постепенно теряемый на протяжении жизни.

Эндометрий как альтернативный источник стволовых клеток

Обзор

Поверхность эндометрия женщины. SEM-съёмка.

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: В настоящее время мы стоим на пороге широкого (если не повсеместного) применения клеточных технологий в клинической практике. В связи с этим очень актуальным представляется поиск новых доступных источников стволовых клеток.

Конкурс «био/мол/текст»-2011

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2011 в номинации «Лучшая обзорная статья».

Стволовые клетки уже занимают свое место в современной клинической практике. Существуют отработанные схемы по выделению субпопуляций стволовых клеток, их культивированию и даже коррекции их дифференцировки в заданном направлении. Но этих достижений недостаточно для реализации всех надежд, которые возлагаются на клеточные технологии.

Ни один из существующих на данный момент источников стволовых клеток человека или методов их получения не может полностью обеспечить потребности исследователей и требования клиницистов . Использование эмбриональных стволовых клеток кроме лавины вопросов этического характера несет с собой высокий риск онкологических осложнений. Получение же взрослых стволовых клеток (син.: региональные стволовые клетки, соматические стволовые клетки), лишенных перечисленных недостатков, ассоциировано с применением инвазивных, травмирующих, болезненных для донора (зачастую не без риска осложнений) и, что немало важно, дорогостоящих процедур. Все это, безусловно, ограничивает экспериментальные исследования стволовых клеток человека и тормозит внедрение клеточных технологий в клиническую практику.

В данной статье предлагается рассмотреть возможность использования эндометрия в качестве источника стволовых клеток.

Стволовые клетки — основа функционирования женской репродуктивной системы

Основой нормального функционирования женской репродуктивной системы является высокий регенеративный потенциал ее тканей. Полностью десквамированный функциональный слой эндометрия быстро и полноценно восстанавливается de novo каждый менструальный цикл на протяжении всего репродуктивного периода (в среднем, женщина переживает около 400 менструаций в течение жизни). Сложная гистоструктура эндометрия и относительно «сжатые» сроки женского менструального цикла предъявляют строгие требования к процессам миграции, пролиферации и дифференцировки клеток (рис. 1). Менструация — не единственный момент для реализации регенеративных сил женской репродуктивной системы. Беременность невозможна без развития гиперплазии во всех тканях репродуктивной системы женщины. В послеродовом периоде процессы репарации поврежденных тканей также являются ведущими.

Рисунок 1. Гистологическая картина матки. 1 — слизистая оболочка (эндометрий); 2 — мышечная оболочка (миометрий); 4 — функциональный слой эндометрия; 5 — базальный слой эндометрия; 6 — кровеносные сосуды; 7 — железы эндометрия; 8 — строма эндометрия; 9 — эпителий эндометрия.

«Атлас микрофотографий» А.Г. Гунина

Концепция существования пула прогениторных клеток в ткани эндометрия существовала давно [1], но прямых доказательств наличия в эндометрии клеток, обеспечивающих циклическую регенерацию слизистой матки, до недавнего времени не было. В 2004 году исследовательская команда во главе с R.W. Chan обнаружила присутствие в ткани эндометрия небольшого количества эпителиальных и стромальных клеток, обладающими клоногенными свойствами [2]. Это послужило толчком для более детального изучения прогениторных клеток эндометрия. Описанные клетки по набору экспрессируемых (CD9, CD44, CD73, CD105) и отсутствующих (CD45, CD34, CD19) на их мембране маркерных антигенов были отнесены к клеткам с преобладанием свойств мезенхимальных стволовых клеток. Иммуногистохимическим методом была определена их локализация: параваскулярно в базальном слое эндометрия на границе с миометрием. Была выявлена их роль в воспроизведении стромальных и эпителиальных клеток близлежащих участков эндометрия и доказана относительная безучастность к регулирующему действию стероидных гормонов. Подобные клетки были также обнаружены в эндометрии женщин в постменопаузе и у женщин, принимающих оральные контрацептивы [3].

Необходимость проведения инвазивных процедур для получения ткани эндометрия притормозило изучение стволовых клеток этой локализации до 2007 года, когда X. Meng с соавт. опубликовали статью с описанием клеток со стволовыми свойствами, обнаруженными в клеточной фракции менструальной крови. Эти клетки проявляли мультипотентный рост, способность развиваться в клетки тканей-производных трех зародышевых листков. В 2008 году группа A.N. Pate, изолировав из менструальной крови клетки, которые обладали клоногенными свойствами и способностью дифференцироваться в производные мезо- и эктодермы, описали экспрессируемые ими, кроме остальных прочих, маркеры Oct 3/4, SSEA-4 и c-kit (CD-117). Эти поверхностные белки более характерны для эмбриональных стволовых клеток и определяют плюрипотентыные наклонности стволовых клеток эндометрия.

Сравнительная характеристика стволовых клеток эндометриального происхождения

Стволовые клетки эндометрия представляют собой неоднородный пул прогениторных клеток, которые обладают всеми свойствами, необходимыми для признания их плюрипотентными. Доказана их способность к образованию клеточных колоний в культуральной среде, самообновлению и самоподдержанию этих колоний. Определена важнейшая с практических позиций их способность дифференцироваться в различные производные экто- и мезодермы. Описан комплекс специфических маркеров, соответствующий стандартному набору поверхностных белков мезенхимальных стволовых клеток.

Более того, ряд характеристик клеток-предшественниц эндометрия выгодно отличает их от стволовых клеток иного происхождения.

Источник данного вида прогениторных клеток является, несомненно, легкодоступным. Получение менструальной ткани для выделения стволовых клеток не сопряжено с травмирующими процедурами для донора, может осуществляться неоднократно от одного донора. Исключены какие-либо осложнения, связанные с забором материала. Также технология получения стволовых клеток из менструальной ткани требует минимальных финансовых затрат.

Немаловажным аспектом для выбора оптимального источника стволовых клеток является количество искомых клеток на единицу ткани. Выделение стволовых клеток из прочих постнатальных тканей усложняется крайне низким их содержанием (менее тысячной доли процента в случае пуповинной крови на сроке доношенной беременности). В ткани же эндометрия до 0,22% эпителиальных клеток и до 1,25% стромальных клеток обладают клоногенным потенциалом [2].

Многими исследователями отмечена более высокая скорость пролиферации стволовых клеток эндометриального происхождения без уменьшения продолжительности жизни колонии за счет повышенной теломеразной активности [4–6].

Очевидно преимущество стволовых клеток эндометриального происхождения перед эмбриональными стволовыми клетками — при отсутствии несоответствия этическим и законодательным нормам применение взрослых стволовых клеток, несомненно, обладает меньшим онкогенным потенциалом. Другой положительной стороной использования взрослых стволовых клеток является возможность аутотрансплантации клеточных продуктов, полученных на их основе, что полностью решает иммунологические вопросы, которые всегда сопровождают терапию стволовыми клетками. Кроме того, существуют данные о способности мезенхимальных стволовых клеток, свойствами которых обладают и эндометриальные стволовые клетки, оказывать антипролиферативное, противовоспалительное и иммуномодулирующее действие [7–9].

Самым привлекательным свойством эндометриальных стволовых клеток является их пластичность. Доказана их способность развиваться в хондрогенном, адипогенном, остеогенном, кардиогенном, нейрогенном направлениях in vitro под действием стимулов среды (рис. 2). Не все исследователи согласны со способностью соматических стволовых клеток изменять свою специализацию и дифференцироваться в производные других зародышевых листков. Для практического использования этого качества стволовых клеток не так уж и важно, подвергаются ли клетки истиной трансдифференцировке под действием факторов микроокружения или это «превращение» происходит из-за неоднородности культуры стволовых клеток или слияния стволовой и зрелой клеток. Так или иначе — это свойство эндометриальных стволовых клеток выгодно выделяет их среди других стволовых клеток [4], [5], [10], [11].

Рисунок 2. Дифференцировка мезенхимальных стволовых клеток эндометриального происхождения в кардиомиоциты. Иммуноцитохимическим методом обнаружены маркеры кардиомиоцитов — тропонин, актин и коннексин 43.

Способы получения ткани эндометрия

На начальных этапах изучения эндометриальных клеток, обладающих регенеративным потенциалом, клетки выделялись из тканей, полученных в ходе радикальных оперативных вмешательств, чаще — удаления матки. Также описаны следующие инвазивные манипуляции с целью получения клеточного материала: диагностическое выскабливание полости матки, выскабливание полости матки в I триместре беременности (децидуальная ткань также содержит искомые клетки), штрих-биопсия эндометрия, пайпель-биопсия.

Операция выскабливания полости матки неприемлема в качестве метода получения стволовых клеток. Эта операция производится по определенным клиническим показаниям зачастую у пациенток, неподготовленных для процедуры донорства; материал, полученный в ходе выскабливания полости матки необходим для уточнения или подтверждения диагноза, контроля эффективности терапии и юридически является собственностью пациентки. Не стоит уточнять, что все инвазивные манипуляции являются небезразличными для пациенток, их нельзя применять для получения материала в программах кадрового донорства. Современным аналогом диагностического выскабливания полости матки является биопсия эндометрия — менее травматичная для пациентки процедура, не требующая обезболивания. Преимущества получения стволовых клеток из менструальной крови (менструальная ткань многокомпонентного состава) описаны ранее. Забор материала может осуществляться пациенткой как самостоятельно (использование менструальной чашечки), так и посредством простых манипуляций, осуществляемых на гинекологическом приеме [5]. Но и этот источник стволовых клеток не лишен недостатков. Менструальная кровь является контаминированым субстратом, т.к. нижние отделы женской репродуктивной системы плотно заселены резидентными микроорганизмами. В связи с этим для культивирования клеток, полученных из менструальной крови необходимы специальные среды с добавлением антибиотика. Тем не менее, выделение клеток из менструальной крови является наиболее перспективным методом получения эндометриальных прогениторных клеток.

Эндометриальные стволовые клетки за пределами пробирки

Существует ряд работ с использованием столовых клеток эндометрия в эксперименте и клинической практике. На данный момент большинство экспериментальных исследований базируется на ангиогенном и трофическом действии мезенхимальных стволовых клеток эндометриального происхождения. Способность этих клеток к трансдифференцировке до полноценных в функциональном плане клеток in vivo доказательной базы еще не имеет.

В исследованиях на животных и человеке, посвященных безопасности использования данного вида мезенхимальных стволовых клеток, осложнений и побочных действий выявлено не было [12–14].

Эффекты эндометриальных стволовых клеток были изучены на экспериментальных моделях следующих патологических состояний: инфаркт миокарда, инсульт, критическая ишемия конечностей, болезнь Паркинсона [10], [12], [14–16]. Во всех работах отмечено развитие менее выраженных патологических изменений органов, более быстрое развитие репаративных процессов. Все эти данные позволили использовать клеточные продукты на основе стволовых клеток эндометрия в комплексной терапии у пациентов с рассеянным склерозом. В течение года последующего наблюдения ни развития осложнений, ни прогрессирования основного заболевания выявлено не было [13].

Перспективы

Стволовые клетки эндометриального происхождения имеют большой потенциал для использования с целью изучения свойств стволовых клеток, поиска новых факторов, определяющих дифференцировку прогениторных клеток, применения генно-инженерных технологий для реализации требуемых клеточных свойств. Перспективно также их использование в клинической практике для терапии различных заболеваний, возможно, неизлечимых прежде.

Высокая потребность в данном виде клеток может потребовать организации программ донорства менструальной ткани, банков криоконсервированных стволовых клеток эндометриального происхождения. Возможность аутодонорства может послужить стимулом для женщин репродуктивного возраста для участия в подобного рода программах.

Новая парадигма стволовых клеток

Классические представления о гемопоэтических стволовых клетках (ГСК) основываются на том, что поддержание количества клеток крови осуществляется уникальной клеточной популяцией со строго определенным набором характеристик: малочисленность популяции, экспрессия специфических маркеров, состояние «покоя», самообновление за счет асимметричного деления (одна из дочерних клеток полностью идентична материнской, вторая — вступает на путь дифференцировки до зрелой клетки и утрачивает стволовые свойства), однонаправленная дифференциация (невозможность вернуться в мультипотентное состояние и неизбежная гибель) [1, 2]. Эта иерархическая модель послужила стереотипным шаблоном в биологии стволовых клеток и долгое время считалась эталонной. Однако поиски популяции «профессиональных» стволовых клеток в большинстве других тканей не увенчались успехом. В связи с этим возник новый, более широкий подход к пониманию «стволовости» клетки: основополагающим моментом становится способность заменять погибшие клетки. Природа такой клетки может быть различной в условиях устойчивого состояния и в период регенерации тканей [3].

Регенеративный потенциал имеют весьма обильно представленные в конкретной ткани клоны клеток. Например, базальные клетки эпидермиса способны продуцировать клоны, которые со временем меняют форму и размеры, а также способны сохраняться в течение очень длительных периодов [4]. Обнаружение этого факта стало одним из первых поводов усомниться в том, что редкость (малочисленность), асимметричное деление или состояние покоя являются универсальными характеристиками стволовых клеток ткани взрослого организма.

Впоследствии в тканях других активно обновляющихся органов, структура которых включает большие популяции активно пролиферирующих клеток, также были обнаружены регенеративные способности. К таким органам относятся пищевод, кишечные крипты, железы слизистой оболочки желудка и яичко [5]. Как и в эпидермисе, пролиферативные клетки в каждом из этих компартментов имеют потенциал к генерации долгоживущей клеточной линии. Эти постоянно пролиферирующие клетки вынуждены конкурировать за ограниченное пространство стволовой ниши. Активное деление одной клетки может привести к вытеснению соседа, причем этот процесс носит стохастический (случайный) характер. Такая конкуренция в итоге формирует ткань, которая постоянно теряет клоны стволовых клеток, в то время как оставшиеся в нише клоны-«победители» становятся все многочисленнее [6].

Активно делящиеся потенциальные стволовые клетки в этих тканях не соответствуют классическим характеристикам ГСК. Они представлены в органе в изобилии и постоянно делятся по принципу симметричной модели (обе дочерние клетки идентичны материнской). Становится ли каждая из этих двух дочерних клеток фактически стволовой зависит от их местонахождения относительно нишевого пространства. Их продолжительность жизни не предопределена и может быть крайне вариабельна [7].

Поддержание относительного постоянства данной популяции стволовых клеток обеспечивается микроокружением, главным образом, размерами стволовой ниши.

Необратимость процесса клеточной дифференцировки также не абсолютна. Существует пул так называемых резервных стволовых клеток. Он формируется из частично или даже полностью дифференцированных клеток при повреждении тканей (рис. 1) [5, 8, 9]. Такая экстренная мобилизация клеток характерна для печени. Помимо гепатоцит-индуцированной регенерации, потенциально стволовой клеткой является и холангиоцит. Когда различные токсины, вирусы или наследственные дефекты метаболизма приводят к повреждению практически всех гепатоцитов, в ткани печени возле желчных протоков обнаруживаются клетки, экспрессирующие маркеры дедифференцировки (эпителиальную молекулу клеточной адгезии EpCAM или транскрипционный фактор Sox9). Эти овальные клетки (или атипичные протоковые клетки) обеспечивали регенерацию обоих типов клеток (как холангиоцитов, так и гепатоцитов) in vivo на мышиных моделях, у которых пролиферация гепатоцитов генетически заблокирована. «Профессиональных» стволовых клеток в печени не обнаружено, и ее уникальная способность к регенерации обеспечивается за счет пластичности двух эпителиальных клеточных линий — гепатоцитов и холангиоцитов [8, 9].
.

(A) Печень: производные энтодермы (холангиоциты и гепатоциты) имеют способность пролиферировать и восстанавливать оба типа клеток.
EpCAM+ — молекула клеточной адгезии эпителия
Альбумин+ — экспрессия специфичного для гепатоцитов белка

(B) Клональные органоиды, полученные из гепатоцитов [7] или холангиоцитов [8], могут длительно пролиферировать (на рисунке d – срок культивирования в днях) и трансдифференцироваться между собой.

(C) Дифференцированные главные клетки могут вносить вклад в обновление всех других типов клеток в железах желудка.

(D) В альвеолах альвеолоциты типа 2 (большие или гранулярные) могут действовать как резервные стволовые клетки и генерировать как тип 2, так и тип 1 (плоские или респираторные) [5].

Плюрипотентные стволовые клетки (эмбриональные стволовые клетки, а также
индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) могут быть культивированы в течение длительных периодов времени, находясь в состоянии постоянной пролиферации. Отсутствие у данного типа клеток состояния покоя не исключает их способности служить источником всех типов тканей здоровой мыши при инъекции в бластоцисту [5].

Из приведенных примеров становится ясно, что клеточные парадигмы одной системы организма не должны быть экстраполированы на другие. Ткани значительно различаются по размерам клеток и гистоархитектонике, они имеют уникальные физиологические функции и подвергаются различным физическим, химическим и биологическим изменениям. Нет веских оснований предполагать, что эволюция «оснастила» каждый из наших органов универсальным механизмом поддержания целостности тканей. Более вероятно наличие индивидуальных «смарт»-стратегий функционирования стволовых клеток в каждом компартменте.

Читайте также: