Стволовые клетки и ниша костного мозга
Все клетки крови берут начало от гемопоэтических стволовых клеток. Их базовый фенотип лишен линейных маркеров (Lin⁻), но содержит молекулы Sca-1 и c-Kit. Главным идентификационным маркером для них и их ближайших потомков служит CD34. Истинные стволовые клетки, способные длительно поддерживать гемопоэз, встречаются крайне редко (около 1 на 10 000 клеток) и делятся всего раз в 30–60 суток.
Жизнеспособность стволовых клеток поддерживается в специализированных эндостальной и сосудистой нишах костного мозга. Главную роль здесь играют прямые контакты с остеобластами, опосредованные интегринами и мембранным фактором стволовых клеток (SCF). Клетка начинает дифференцироваться только тогда, когда ослабевает ее связь с нишей. Деление происходит асимметрично: одна клетка остается стволовой, а вторая уходит в дифференцировку.
Направления развития и факторы транскрипции
Стволовые клетки дают начало общему миелоидному предшественнику (ОМП). В отличие от стволовых клеток, ОМП теряет маркер Sca-1, а от общего лимфоидного предшественника отличается отсутствием рецептора к IL-7.
Дальнейшая специализация требует экспрессии строго определенного набора внутриядерных белков — факторов транскрипции. Чаще всего решает не один фактор, а их комбинация:
- PU.1 в высокой концентрации абсолютно необходим для развития гранулоцитарно-макрофагальной линии.
- Низкий уровень PU.1 выявляется у эозинофилов, а в базофилах он полностью отсутствует.
- Ikaros характерен исключительно для лимфоидной ветви, в миелоидных клетках он не работает.
В рамках врожденного иммунитета миелопоэз разделяется на три основные линии: гранулоцитарно-макрофагальную (которая затем делится на моноцитарную и гранулоцитарную), мегакариоцитарно-эритроидную и эозинофильно-базофильную.
Роль цитокинов в миелопоэзе
Незрелые кроветворные клетки легко уходят в апоптоз, поэтому их выживание и развитие критически зависят от ростовых факторов. На ранних этапах ключевую роль играют полипоэтин IL-3 и GM-CSF (гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор).
На стадии созревания для каждой линии требуются свои специфические цитокины:
- M-CSF — для моноцитарного ряда.
- G-CSF — для нейтрофильного ряда.
- IL-5 — для эозинофилов.
Развитие базофилов требует сложного комплекса факторов, но главную роль играет CSF. Спектры дифференцировочных факторов базофилов и других миелоидных клеток не перекрываются.
Кинетика созревания и выход в ткани
Морфологическое созревание гранулоцитов проходит через ряд стадий: миелобласт, промиелоцит, миелоцит, метамиелоцит, палочкоядерный и сегментоядерный лейкоцит. Нейтрофилы созревают в костном мозге долго — 18–20 суток. После этого они пребывают в постматурационной фазе еще 1–2 суток и выходят в кровь уже старыми клетками, не способными к делению.
Моноциты созревают быстрее (8–9 суток) и, выйдя в кровоток, сохраняют способность к делению и дальнейшей трансформации.
Выход клеток в кровоток регулируется хемокинами. Главный удерживающий фактор костного мозга — хемокин CXC12 (SDF-1) и его рецептор CXCR4 на лейкоцитах. Колониестимулирующие факторы ослабляют это взаимодействие, позволяя клетке покинуть костный мозг.
Кровоток служит лишь временным резервуаром:
- Нейтрофилы и эозинофилы циркулируют несколько часов, затем мигрируют в ткани, где живут от 3 до 12 суток, экстренно реагируя на воспаление.
- Моноциты мигрируют в ткани, превращаясь в макрофаги или миелоидные дендритные клетки, где функционируют месяцами и годами в качестве резидентной защиты.
- Дендритные и тучные клетки используют кровь исключительно как кратковременный транзитный путь.
Чтобы запомнить специфические цитокины созревания, ориентируйтесь на первую букву: G-CSF — для Гранулоцитов (нейтрофилов), M-CSF — для Моноцитов, а GM-CSF — базовый цитокин, общий для обеих ветвей (Гранулоцитарно-Макрофагальный).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем разница между общим миелоидным (ОМП) и общим лимфоидным (ОЛП) предшественником?
На поверхности ОМП отсутствует рецептор к IL-7 (IL-7Rα), который характерен для лимфоидной ветви. Также ОМП отличается отсутствием маркера Sca-1, который есть на исходных стволовых клетках.
Как регулируется увеличение числа нейтрофилов при воспалении?
Повышение потребности в нейтрофилах регулируется цитокиновым каскадом: IL-23 индуцирует образование IL-17, который, в свою очередь, мощно стимулирует выработку G-CSF.
Какие стадии развития миелоидных клеток в норме можно встретить в крови?
Костномозговой барьер преодолевают только две последние морфологические стадии гранулоцитов: палочкоядерные (составляют 1–6% лейкоцитов) и зрелые сегментоядерные формы.
Что ещё разобрать по теме
- Особенности дифференцировки тканевых макрофагов из моноцитов
- Транскрипционные факторы эозинофильно-базофильной ветви гемопоэза
- Молекулярные механизмы взаимодействия стволовой клетки с нишей костного мозга
- Происхождение и пути миграции дендритных и тучных клеток
- Пластичность гемопоэза: общие предшественники миелоидных и лимфоидных клеток
Разберите тему целиком в курсе «Иммунология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Дифференцировка миелоидных клеток» и ещё 723 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 23 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Врождённый иммунитет»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.