The number of hematopoietic stem cells in the bloodstream is subject to daily fluctuations

Full Text

Одним из наиболее эффективных методов лечения пациентов с заболеваниями системы крови [иммунопатии, лейкозы, лимфомы] является трансплантация клеток костного мозга [1, 2]. Эффективность операции определяется не только HLA-совместимостью клеточного материала, но и успешностью проведения предоперационных мероприятий - миелоабляции. Помимо ликвидации трансформированных клеток крови и освобождения костномозговых ниш от стволовых кроветворных клеток [СКК] реципиента радикальные способы предоперационной подготовки сопровождаются тяжелыми побочными эффектами в виде манифестации оппортунистических инфекций, остеопении, поражения эндокринных желез, печени, нервной и дыхательной систем [3].

С целью предотвращения побочных эффектов разрабатываются новые щадящие способы предтрансплантационных мероприятий. В частности, положительные результаты были получены при системном введении антител против c-kit [CD 117], экспрессирующегося СКК. В результате блокировались c-kit-зависимые процессы пролиферации, дифференцировки, миграции и адгезии клеток, что вызывало временное высвобождение недифференцированных гемопоэтических клеток из занимаемых костномозговых ниш, нивелируя риск развития опасных побочных реакций [4]. Одновременно детализируются физиологические механизмы миграции недифференцированных гемопоэтических клеток, что создает предпосылки для разработки более совершенных предтрансплантационных методов [5].

В журнале Nature S. Mendez-Ferrer с соавт. опубликовали материалы исследования, в которых описали суточные колебания численности СКК в крови и идентифицировали механизмы высвобождения недифференцированных гемопоэтических клеток из костномозговых ниш.

Авторы показали, что максимальное содержание СКК в крови мышей приходится на 5 часов после начала воздействия светового стимула длительностью 12 часов, а самая низкая численность наблюдается через 5 часов после прекращения его действия. Приняв выявленные циркадианные колебания за стандарт, исследователи показали, что при воздействии только светом в течение 2 недель происходит нарушение ритмичности изменения содержания СКК в крови, а при нахождении животных в темноте на протяжении 2 недель колебания численности имели ритмичный характер, который отличается от стандартного. Следовательно, изменение длительности светового раздражителя влияет на численность СКК в кровотоке.

Одним из основных цитокинов, ответственных за миграцию недифференцированных гемопоэтических клеток, является CXCL12 [SDF-1] [6, 7]. Механизм действия гранулоцитарного колониестимулирующего фактора [Г-КСФ], применяющегося в клинической практике для мобилизации СКК в кровоток, реализуется, как считается, через индукцию биодеградации CXCL12 и супрессию синтетической активности остеобластов [8]. Исследователи установили, что протеолизу подвергается лишь та фракция цитокина, которая синтезируется остеобластами, а циркадианным колебаниям подвержен уровень экспрессии мРНК CXCL12 в преостеобластах и ретикулярных клетках.

По аналогии с доказанной зависимостью секреции Г-КСФ от сигналов симпатической нервной системы [СНС] [9] авторы предположили, что продукция CXCL12 также регулируется симпатическим отделом вегетативной нервной системы. Подтверждением послужило отклонение суточного ритма экспрессии CXCL12 при денервации костного мозга как введением 6-гидроксидофамина [системная обратимая дисфункция СНС], так и односторонней резекцией бедренного и седалищного нервов вблизи выхода их из поясничного и крестцового сплетений соответственно. Десимпатизацию костного мозга подтверждали использованием антител против тирозинкиназы, что позволяет визуализировать волокна СНС при нормальном физиологическом состоянии [10]. Аритмичность колебаний секреции CXCL12 коррелировала с отклонением содержания СКК в кровотоке.

Для идентификации типа адренорецепторов, посредством которых реализуется влияние СНС на функционирование элементов костномозгового микроокружения, исследователи применяли селективные и неселективные адреномиметики и антагонисты. Было показано, что секреция CXCL12 изменяется лишь при воздействии на в З-адренорецепторы [ß3—ap], которые экспрессируются преостеобластами и фибробластоподобными ретикулярными клетками, определяя незначительную роль зрелых остеобластов, содержащих ß2-ap в регуляции циркадианных колебаний уровня СКК в кровотоке. При стимуляции ß3-ap снижалась продукция транскрипционного фактора Sр-1 в связи с ингибированием цАМФ-зависимой протеин- киназы, снижалась экспрессия мРНК CXCL12, что ассоциировалось с повышением уровня недифференцированных гемопоэтических клеток в крови. Сходная тенденция наблюдалась при блокаде цАМФ-зависимой протеинкиназы специфическим ингибитором [Н-89].

Напротив, блок ß3-ap за час до инициация действия светового раздражителя предотвращал утреннее повышение содержания СКК в кровотоке, а применение ß-адреноми- метиков не влияло на колебание уровня недифференцированных гемопоэтических клеток мышей, лишенных гена Adrb3, кодирующего ß3-ap.

Авторы показали определяющую роль основных генов «биологических часов» Bmal1, Per1, Реr2, Сrу1 и Rev-erba [11], активно экспрессирующихся как нейронами супрахиазмального ядра гипоталамуса, связанными с сетчаткой ретиногипоталамическими трактами, так и в периферических тканях. Однако основное значение в регуляции циркадианных колебаний численности СКК в кровотоке принадлежит именно структурам ЦНС, так как исследователи in vitro показали, что даже при отсутствии Bmal1, Per1 или Реr2 в генотипе стромальных клеток при воздействии неселективного ß-адреномиметика наблюдалось закономерное снижение экспрессии CXCL12.

Нейроны супрахиазмального ядра имеют рецепторы к мелатонину - основному гормону эпифиза, регулирующему биоритмы организма [12]. Секреция гормона также подчинена циркадианным колебаниям с максимумом концентрации в крови в ночное время суток [13]. В этой связи, сбалансированная модуляция активности симпатической нервной системы мелатонином через клетки супрахиазмального ядра, контролирующаяся основными генами «биологических часов», определяет ритмичность выделения катехоламинов в костном мозге. В итоге обеспечивается физиологическая циркуляция СКК между костномозговыми нишами и периферическим кровотоком.

Таким образом, содержание недифференцированных гемопоэтических клеток в системном кровотоке регулируется в том числе и генами «биологических часов», ритмично индуцирующими секрецию катехоламинов синаптическими окончаниями СНС в костном мозге в корреляции с действием светового раздражителя и функционированием эпифиза [рис.]. Данная закономерность может быть использована в выборе времени трансплантации недифференцированных гемопоэтических клеток - при максимальной концентрации СКК в кровотоке, а также в мобилизации СКК из костномозговых ниш путем воздействия на определенные звенья регуляции миграции СКК.

About the authors

I. Ya. Bozo

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure

Download (514KB)

Indexing metadata