Основные механизмы регуляция эритропоэза

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы накоплены существенные знания в области гематологии детского возраста. Появились новые биотехнологии, интенсивно развивается генетика. Широкое внедрение в практическое здравоохранение получили новые диагностические методы, в том числе и гематологические. Все это привело к новому пониманию патогенеза анемий, разработаны обоснованные методы их коррекции.

В связи с этим при написании данного учебного пособия было обращено внимание на современное представление о механизмах регуляции кроветворения, а также подробно изложен материал о диагностических возможностях гематологических анализаторов и способах оценки получаемых результатов. Данная информация, надеемся, будет полезна для студентов и, патофизиологов и врачей различных специальностей.

Ранняя анемия недоношенных детей (РАН) является самой частой причиной анемии у детей первых трех месяцев жизни. Во многих странах мира она является одной из самых частых причин переливаний крови в детском возрасте. В настоящее время имеется большое количество исследований, свидетельствующих о том, что данная операция может привести к различным осложнениям. В связи с этим проблема более точного определения показаний для проведения переливаний эритроцитов с одной стороны, и поиск других способов лечения – с другой, приобрели особое значение. В последние годы достижения в области гематологии позволили определить основное патогенетическое звено РАН – неадекватно низкую продукцию эритропоэтина (основного регулятора образования эрироцитовв костном мозге). В связи с возможностью получения эритропоэтина методами генной инженерии появилась возможность использовать этот гормон с лечебной целью. Учитывая это, в учебном пособии подробно изложены данные об особенностях кроветворения плода и новорожденного, приведены нормальные показатели красной крови у детей первых месяцев жизни. Приведены современные международные показания к переливанию эритроцитной массы новорожденным детям с анемией. Представлены данные о показаниях и методах терапии РАН с использованием современных препаратов эритропоэтина. При написании данного учебного пособия использованы современные данные полученные в различных странах мира, а также результаты многолетних исследований автора.

Клеточная основа эритропоэза состоит из дифференциации, пролиферации, созревания эритроидных предшественников в костном мозге с последующим выходом эритроцитов в циркуляцию крови. Продолжающееся на протяжении всей жизни организма обновление клеток эритрона контролируется механизмами регуляции, которые поддерживают динамически устойчивое эритроцитарное равновесие.

Осуществляется эта регуляция гемопоэтическими ростовыми факторами (цитокинами). Они относятся к классу гликопротеиновых гормонов, и влияют на выживание, пролиферацию ранних предшественников, дифференцировку коммитированных и функциональную активность зрелых клеток.

Вырабатываются эти гемопоэтические факторы роста (ГФР) преимущественно в негемопоэтических мезенхимальных клетках, называемых стромальными. Эта гетерогенная группа состоит из фибробластов, эндотелиальных клеток, остеобластов и адипоцитов, располагающихся на эндостальной поверхности в костномозговой полости. Помимо этого ГФР, секретируются Т-лимфо­ци­та­ми и моноцитами.

Условно все цитокины, регулирующие кроветворение делят на 3 группы. К 1-й относят: CSF/kit-лиганд, flt-3-лиганд, основной фактор роста фибробластов, интерлейкин (ИЛ) 6, ИЛ-11, LIF. Действуют они на стволовые клетки и ранние предшественники независимо от их линейной принадлежности и потенцируют действие других ростовых факторов. Исключение составляет ИЛ-6, который воздействует и на различные зрелые гемопоэтические клетки. Следующая группа - многолинейных цитокинов: ИЛ-3, гранулоцитарно-макрофагальный колониестумулирующий фактор (ГМ-КСФ). Они преимущественно стимулируют пролиферацию и дифференцировку ранних предшественников. К 3-й группе относят поздние, однолинейные цитокины, для эритроидных клеток – это эритропоэтин (ЭПО). Последние вместе с многолинейными цитокинами действуют синергически на ранние предшественники, и стимулируют функцию зрелых клеток.

Клетками предшественницами эритропоэза, являются бурстобразующая эритроидная единица (БОЕ-Э) – зрелая и незрелая, а также смешанная гранулоцитарно-эритроцитарная клетка-предшественница (КОЕ-ГЭ). Для их пролиферации и созревания обязательно присутствие таких стимуляторов как ГМ-КСФ и фактор стволовых клеток (ФСК). ГМ-КСФ и ФСК могут быть специфически усилены ИЛ-3, секретируемым активированными Т-лимфоцитами.

Главным регулятором эритропоэза является эритропоэтин. По химической структуре он является кислым гликопротеином с молекулярной массой 30400 дальтон. Ген человеческого ЭПО локализован на 7q 11-22. Он кодирует 193 аминокислот на хромосоме 7. В последующем из основной последовательности удаляются 27 аминокислот и терминальный аргинин, а гликопротеин, состоящий из 165 аминокислот, секретируется в кровь. Основным источником ЭПО в организме взрослого человека являются перитубулярные клетки почечного интерстиция (90% всей продукции), а также макрофаги печени и костного мозга. Почки продуцируют проэритропоэтин, лишенный специфической активности. Далее поступая в плазму, он под влиянием фермента – эритрогенина превращается в активный эритропоэтин. У здорового взрослого человека уровень эритропоэтина в плазме составляет в среднем 10-30 mIU/ml (международные миллиединицы на миллилитр), повышаясь в 100-1000 раз в критических ситуациях, сопровождающихся развитием острой постгеморрагической или гемолитической анемией. У пациентов с хронической почечной недостаточностью, системными заболеваниями соединительной ткани, неходжкинскими лимфомами, онкологическими заболеваниями, и при других патологических состояниях продукция эндогенного ЭПО неадекватно низкая относительно развивающейся анемии.

Стимулом продукции ЭПО в норме является гипоксическая или анемическая гипоксия. Высвобождение его регулируется специальным механизмом и зависит от содержания О₂ в ткани почек. Почечные хеморецепторы О₂, в отличие от каротидных и аортальных, реагируют на pO₂ в венозном конце капилляров, то есть после поглощения О₂ клетками, что позволяет с высокой точностью контролировать его потребление. Поэтому продукция ЭПО стимулируется не только при снижении pO₂ в крови (анемии, метгемоглобинемии), но и при повышении сродства О₂ к гемоглобину. При повышении pO₂ (нормобарическая и гипербарическая оксигенация) и при повышении О₂ без сопутствующего увеличения pO₂ (гипертрансфузионная полицитемия), а также при сниженном метаболизме на фоне гипофункции гипофиза и щитовидной железы хеморецепторы О₂ ингибируются.

Структурой почек чувствительной к гипоксии, является гемсодержащий белок перитубулярных клеток, связывающий молекулу кислорода. При достаточной оксигенации почек оксиформа гликопротеина блокирует ген, регулирующий синтез ЭПО. В отсутствие кислорода в почечных структурах активизируются ферменты, в частности фосфолипаза А₂, ответственная за синтез простогландинов, которые через аденилатциклазную систему усиливают синтез и секрецию эритропоэтина в кровь. После поступления в циркуляцию ЭПО частично утилизируется клетками-мишенями, и частично инактивируется. Период полувыведения как эндогенного, так и рекомбинантного ЭПО колеблется от 2,5 до 11 часов. Почечная экскреция ЭПО прямо пропорциональна уровню гормона в крови, то есть мочевой ЭПО имеет плазменное происхождение.

Из предположительно 18 делений, происходящих в процессе превращения стволовой клетки в зрелый эритроцит, ЭПО существенно стимулирует заключительные 8-10 делений. Клетками мишенями для ЭПО являются два вида наиболее ранних эритроидных предшественников. Это – бурстобразующая эритроидная единица (БОЕ-Э) и продукт ее дифференцировки - колониобразущая эритроидная единица (КОЕ-Э) костного мозга. Последняя, полностью утратившая чувствительность к ФСК и ГМ-КСФ, обладает большей чувствительностью к ЭПО, чем БОЕ-Э.

Основными эффектами эритропоэтина являются: укорочение интермитотического периода у делящихся клеток эритрона, ускорение созревания неделящихся, уменьшение величины "неэффективного эритропоэза" при предотвращении программированной гибели клеток (апоптоза), ускорение выхода ретикулоцитов в кровь и превращения их в зрелые эритроциты. На молекулярном уровне ЭПО стимулирует транскрипцию мРНК в проэритробластах, что является первой ступенью последующего синтеза глобина. Кроме того, ЭПО ускоряет транспорт РНК из ядра в цитоплазму и стимулирует включение железа в клетки костного мозга. Индуцирующее влияние ЭПО распространяется и на синтез мембранных белков клеток эритрона.

В понимании механизма эритропоэтиновой регуляции продукции эритроцитов был также сделан значительный шаг после уточнения биологической характеристики рецептора для эритропоэтина (ЭПО-Р). ЭПО-Р расположены на клеточной мембране, но могут "соскальзывать", превращаясь в "растворимые", по-видимому, являющиеся фактором ауторегуляции продукции ЭПО. Гиперфункционирующие ЭПО-Р могут быть причиной эритроцитоза при истинной полицитемии. Если исходить из этого предположения, то эритроидные предшественники у пациентов с истинной полицитемией гиперчувствительны к ЭПО даже при его нормальном или пониженном уровне в сыворотке крови. О роли растворимых рецепторов, свидетельствует обнаружение увеличения их количества у пациентов с повышенным эритропоэзом.

Существуют и другие регуляторы эритропоэза, в частности он стимулируется метаболитами андрогенов и тормозится эстрогенами. Катехоламины усиливают пролифирацию эритроидных клеток-предшественников.

Наличие в организме системы активации гемопоэза предполагает и наличие системы негативной регуляции.

G. Brecher, F. Stohlman в 1959 г. и Я.Г. Ужанский в 1963 г. высказали гипотезу о двойной регуляции эритропоэза. Они предполагали существование помимо эритропоэтина веществ, угнетающих эритропоэз. В последующие годы это положение было подтверждено многими исследователями.

Согласно современным представлениям о регуляции гемопоэза, в условиях нормального (равновесного) кроветворения большинство стволовых кроветворных клеток (СКК) находятся вне состояния пролиферации в силу уравновешенности сигналов, поступающих от двух групп регуляторов – стимуляторов и ингибиторов. При повышении запроса на зрелые клетки крови их продукция может быть увеличена в течение нескольких часов в 10-12 раз. Начало повышенной пролиферации связано с повышением уровня позитивного воздействия, либо со снижением ингибиторного влияния, либо - с сочетанием этих условий.

Последние годы характеризуются накоплением большого количества экспериментальных данных о негативных регуляторах гемопоэза (НРГ) и механизмах их действия. Оказалось, что многие клетки, вырабатывающие стимуляторы гемопоэза, способны при определенных условиях к выработке ингибиторов. Доказана возможность действия самих ингибиторов в роли стимуляторов некоторых этапов гемопоэза.

Обнаружена определенная иерархичность в действии ингибиторов. К ранним НРГ, влияющим в итоге на эритропоэз, относят фактор некроза опухоли ФНО-a. Он макрофагального происхождения, является многофункциональным цитокином. ФНО-a полностью блокирует формирование КОЕ-ГЭ и БОЕ-Э, существенно ингибирует ранние КОЕ-ГМ. Поздние КОЕ-ГМ ФНО-a стимулирует. Действие ФНО-a на гемопоэз неоднозначно: низкие дозы стимулируют как миелопоэз, так и эритропоэз; высокие дозы вызывают угнетение миелопоэза и выраженную анемию, отменяемую одновременным применением эритропоэтина. Тетрапептид (AcSDKP, сераспенид) оказывает влияние на все этапы гемопоэза. Он действует на циклирующие клетки, вдвое снижая количество кроветворных предшественников – КОЕ-ГЭ, БОЕ-Э, КОЕ-Э, и уменьшает количество клеток в S-фазе с 40 % до 20 %. К НРГ, действующим на более поздних этапах кроветворения, и являющихся селективными ингибиторами эритропоэза относят NRP (negative regulatory peptide) – ингибирующий фактор специфичный для БОЕ-Э. Его действие противоположное ИЛ-3. К этой же группе НРГ относят ингибин, который действует как ингибитор колониеобразования эритроидными предшественниками: показана ингибиция БОЕ-Э, КОЕ-Э и КОЕ-ГЭММ.

В клинике и в экспериментальных работах показано, что при инфекциях и хронических воспалительных процессах уровень эритропоэтина в плазме зачастую неадекватно низок относительно концентрации гемоглобина. Поскольку инфекции и воспалительные процессы вызывают активацию макрофагов и лимфоцитов, продуцирующих цитокины, проведены исследования, чтобы определить, влияют ли противовоспалительные цитокины на синтез ЭПО. Было показано, что ИЛ-1 и ФНО-a, а также интерфероны (ИФ) альфа, бетта и гамма подавляют экспрессию гена ЭПО в печеночной и почечной тканях. Имеются также сообщения о том, что H₂О₂ и, возможно другие реактивные перекисные формы снижают продукцию ЭПО.

В экспериментальных работах Нечас Э., 1997. было показано, что низкие дозы гемина могут повышать уровень эритропоэтиновой мРНК в почках. Однако более высокие дозы гемина или гемолизата неизбежно ингибировали аккумуляцию эритропоэтиновой мРНК, как и повышение уровня ЭПО в почках. Ранее G.S. Drummod. (1992) в клиническом исследовании показал, что хронический гемолиз характеризуется ингибированием продукции ЭПО в почках.

При основном, фоновом кроветворении из 11-12 делений в костномозговом ряду эритроидной дифференцировки 7-9 делений приходится на морфологически нераспознаваемые клетки-предшественницы и 3-4 на морфологически распознаваемые эритроидные клетки. Первой морфологически распознаваемой клеткой эритроидного ростка является эритробласт. Это крупная клетка, диаметром 20-25 мкм, содержит ядро с одним-тремя ядрышками. Следующая клетка в гемопоэтическом ряду – пронормоцит, в диаметре 16-18 мкм, содержит ядро без ядрышек. В базофильном нормоците впервые появляется гемоглобин. Полихроматофильный нормоцит имеет диаметр 10-14 мкм, ядро меньшего размера, чем у базофильного нормоцита. На стадии оксифильного нормоцита, размеры которого уже 8-10 мкм, происходит денуклеация клетки, чаще всего путем кариорексиса – выталкивания ядра, и превращение в безъядерный эритроцит. Промежуточной стадией между оксифильным нормоцитом и эритроцитом является ретикулоцит. В костном мозге ретикулоциты сохраняются в течение 36-44 ч, а затем попадают в кровь, где дозревают в течение 24-30 ч. Созревание ретикулоцитов сопровождается утратой способности к синтезу гема, глобина. Период созревания от проэритробласта до ретикулоцита составляет примерно 120 ч. Однако в условиях повышенной потребности в клетках (при кровотечении, гемолизе и т.д.) полихроматофильные нормоциты могут без деления созревать до оксифильных нормоцитов и больших ретикулоцитов, которые затем поступают в кровь. Этот путь, характерный для эритропоэтических стрессов по времени экономит около 70 часов, но при этом образуется на 50 % меньше эритроцитов, чем при нормальном кроветворении. Представление о данном пути кроветворения, названным "шунтовым" было сформулировано в работах А.И. Воробьева, М.Д. Бриллиант.

Дата добавления: 2015-06-27