Пролиферация и репарация

11.08.2016
Разрушительные процессы постепенно прекращаются и начинаются восстановительные. Прежде всего это размножение клеток и замещение дефекта ткани. Главным условием для их осуществления является “затухание” воспалительного процесса: обезвреживание, деградация и удаление инфекционных факторов и некротизированных тканей; ингибиция гидролитических ферментов; дезактивация медиаторов воспаления; расщепление и выведение токсических веществ.

Основными регуляторами перевода воспаления с рельсов катаболизма на путь заживления служат “альтернативно активированные” макрофаги, образующиеся из моноцитов-иммигрантов.

“Классическая активация” макрофагов осуществляется инфекционными факторами и цитокинами, которые продуцируются Т-хелперами 1-го типа (γ-ИФ, ИЛ-2, ФНО-α) после их активации АПК. Такие макрофаги продуцируют провоспалительные цитокины (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α, RANTES), NO, протеолитические ферменты, адгезивные белки и т. п.

“Альтернативная активация” макрофагов происходит благодаря ИЛ-4 и ИЛ-13, синтезируемым Т-хелперами 2-го типа. Эти макрофаги продуцируют противовоспалительные цитокины (ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13), ингибиторы протеиназ, хондроитинсульфат, гепарин, фибронектин, полиамины, антиоксиданты, антифосфолипазы, факторы роста.

Противовоспалительное действие ИЛ-10 обусловлено ингибирующим влиянием этого интерлейкина на функцию Т-хелперов 1-го типа. ИЛ-4 и ИЛ-13 угнетают продукцию провоспалительных ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α, уменьшают активность Т-хелперов 1-го типа за счет торможения действия γ-ИФ, а также снижают цитотоксичность макрофагов и Т-киллеров.

Среди ингибиторов протеиназ важнейшую роль играет α2-макроглобулин (α2-М). Этот белок имеет широкий спектр действия, является основным ингибитором кининобразующих ферментов крови и, следовательно, устраняет эффект кининов: расширение сосудов и повышение проницаемости их стенки. Кроме того, он угнетает большинство протеиназ лейкоцитов, в том числе коллагеназу и эластазу, защищая от разрушения элементы соединительной ткани. Наконец, α2-М может связываться с мембранами нейтрофильных гранулоцитов и таким образом тормозить их реакцию на С3а и С5а (хемотаксис). Контроль воспаления осуществляют и другие ингибиторы, в том числе α1-антихимотрипсин, который тормозит активность катепсина G и химотрипсина. Антитромбин III и α2-антифибринолизин угнетают сериновые ферменты и являются основными ингибиторами систем коагуляции, фибринолиза и комплемента.

Хондроитинсулъфат стабилизирует сосудистую стенку, снижает ее проницаемость и тормозит экссудацию.

Гепарин ингибирует активность комплемента, кининов, биогенных аминов, вместе с фибронектином входит в состав межклеточного матрикса.

Полиамины (спермин, спермидин, кадаверин, путресцин) уменьшают проницаемость сосудистой стенки и значительно ускоряют пролиферацию клеток.

Кислородные радикалы, вырабатываемые лейкоцитами в начале воспалительного процесса для обезвреживания инфекционных факторов, разрушают и собственные клетки. Мощным источником ферментативных и неферментативных антиоксидантов также являются макрофаги. Основную защитную роль при этом играют прежде всего два фермента: глутатионредуктаза и глутатионпероксидаза. Первая переносит водород на окисленный глутатион, а вторая — отбирает этот водород и переносит на H2O2 или его производные, вследствие чего образуются неактивные молекулы. Обезвреживание супероксидного аниона обеспечивает фермент супероксиддисмутаза (2О2- + 2Н+ → O2 + H2O2). Определенную роль играет каталаза, освобождающая клетки от избытка пероксида водорода (2Н2О2 → 2Н2О + O2). Снижение уровня железа и меди с помощью их связывания лактоферрином лейкоцитов, СРП, ферритином, трансферрином минимизирует формирование агрессивного гидроксильного радикала. Церулоплазмин, который является ферооксидазой, окисляет Fe2+ до Fe3+, что также блокирует реакцию Фентона и образование *ОН-.

В инактивации клеток воспаления кроме местных большую роль играют общие факторы, в том числе эндокринные. Гормон коркового вещества надпочечников гидрокортизон тормозит синтез вазоактивных веществ в клетках, вызывает лимфопению, уменьшает количество базофильных и эозинофильных гранулоцитов. Кроме того, он стабилизирует мембраны лизосом и тормозит синтез эйкозаноидов благодаря стимуляции синтеза в макрофагах антифосфолипаз, угнетающих фосфолипазу A2.

Помимо того что после обезвреживания инфекционного фактора прекращают вырабатываться одни медиаторы и начинают синтезироваться другие, на действие того же медиатора клетка может дать совсем иной ответ, поскольку на ее поверхности возникают другие рецепторы, а предыдущие идут внутрь (интернализация). Это, вероятно, связано с влиянием на клетки-мишени макрофагальных цитокинов.

Так, гистамин — типичный фактор воспаления, однако его эффект в конце воспаления может отличаться от того, который был в начале. Если на эффекторных клетках в данный момент экспрессированы (представлены) Н1-рецепторы, то эффект будет провоспалительным, а если Н2 — противовоспалительным. Гистамин, действуя на Н2-рецепторы нейтрофильных гранулоцитов, тормозит их хемотаксис, фагоцитарную активность, высвобождение лизосомальных гидролаз.

О сложных отношениях между клетками воспаления свидетельствует такой факт. Базофильные гранулоциты во время дегрануляции выделяют два медиатора воспаления — гистамин и лейкотриен, а в эозинофильных гранулоцитах содержатся два фермента, разрушающих эти медиаторы, — гистаминаза и арилсульфатаза. Кроме того, в базофильных гранулоцитах есть еще одно вещество, которое “привлекает” эозинофильные гранулоциты. Это фактор эмиграции эозинофилов. В конце концов эозинофильные гранулоциты, эмигрирующие в зону воспаления, разрушают медиаторы, выделенные базофильными гранулоцитами, и тем самым “гасят” воспаление.

К основным регуляторам пролиферации клеток относятся полипептиды, имеющие название факторов роста. Они являются лигандами, взаимодействующими со специфическими поверхностными рецепторами клеток, цитоплазматический домен которых чаще всего содержит фермент тирозинкиназу. Связывание фактора роста с соответствующим рецептором приводит к его димеризации и активации посредством самофосфорилирования рецепторного тирозина. Активированный рецептор фосфорилирует и активирует каскад ферментов и структурных белков. Основным ферментом тирозинкиназного каскада является Ras-белок — мембранная ГТФаза. Активация Ras обусловливает активацию внутриклеточных киназ, первая из которых Raf-1 — серин-треонинкиназа, а далее — тирозиновые и треониновые киназы, которые активируют циклины, циклинзависимые киназы (ЦЗК), ядерные транскрипционные факторы и другие регуляторные белки, необходимые для стимуляции транскрипции генов, в том числе протоонкогенов, контролирующих запуск клеточного цикла, синтез рибосом и трансляцию белков. Для активации клеточного цикла прежде всего необходимы белки циклины и ЦЗК. Комплексы активированных ЦЗК и циклинов фосфорилируют белки, которые регулируют фазовые переходы клеточного цикла. Так, для перехода из фазы G1 (пресинтетическая) в фазу S (синтез ДНК) необходимы циклины D и ЦЗК 2, ЦЗК 4, ЦЗК 5, а для перехода из G2 в M (митоз) — циклин В и ЦЗК 1. Активность комплексов ЦЗК и циклинов в свою очередь контролируется белковыми ингибиторами ЦЗК (р15, р16, р21, р27 и р57). Некоторые факторы роста могут прекращать синтез этих ингибиторов.

Хотя факторы роста образуются различными клетками (лимфоцитами, эндотелиоцитами, кератиноцитами, неисчерченными миоцитами, лаброцитами, фибробластами, тромбоцитами и т. п.), главным их источником являются “альтернативно активированные” макрофаги. Кроме деления клеток факторы роста могут влиять на дифференциацию и активацию клеток, их хемотаксис, синтез ими элементов межклеточного матрикса и ангиогенез. Факторы роста могут оказывать общее действие или влиять на определенную разновидность клеток.

К важнейшим стимуляторам пролиферации и репарации с широким спектром действия относятся: эпидермальный фактор роста (ЭФР, EGF), фактор роста тромбоцитов (ФРТ, PDGF), фактор роста фибробластов (ФРФ, FGF), трансформирующие факторы роста (ТФР-α, TGF-α и ТФР-β, TGF-β), инсулиноподобный фактор роста 1 (соматомедин С). Считается, что соматомедины опосредуют митогенную активность и анаболические эффекты соматотропина — гормона аденогипофиза, особенно в первые два десятилетия жизни. В свою очередь, митогенное влияние соматомединов на хондроциты, остеобласты, миоциты опосредуется выработкой в тканях полиаминов. Тем временем соматотропин, инсулин и ангиотензин II, а также ИЛ-1—ИЛ-6 и ФНО вследствие прямого стимулирующего влияния на пролиферацию и анаболизм клеток различного типа также можно условно причислить к факгорам роста или, точнее, вспомогательным факторам пролиферации универсального назначения. Кроме того, выраженное неспецифическое влияние на процессы репарации оказывают гормоны щитовидной железы и андрогены. Так, при дефиците тиреоидных гормонов эффекты соматотропина и соматомединов значительно угнетаются.

К факторам роста с выраженной специфичностью влияния можно отнести: сосудистый эндотелиальный фактор роста (СЭФР, ангиогенин, VEGF), фактор роста нервов (ФРН, NGF), эритропоэтин (ЭП, ЕРО), фактор роста кератиноцитов (ФРК, KGF), гепаринсвязывающий эпидермальный фактор роста (ГС-ЭФР, HB-EGF) и др.

Иногда рецепторы факторов роста вместо тирозинкиназного содержат серин-треонинкиназный домен, например рецептор ТФР-β. Этот фактор роста и его изоформы принимают участие в процессах эмбриогенеза, морфогенеза хрящей, костей и половых органов. На протяжении всего филогенеза ТФР-β трансформирует мультипотентные и соматические (взрослые) стволовые клетки в различные клетки-предшественники и обеспечивает тем самым тканевое многообразие. При воспалении ТФР-β стимулирует синтез белков внеклеточного матрикса и сломанных костей, оказывает хемотаксическое влияние на нейтрофилы, моноциты, фибробласты и гладкомышечные клетки. Особенностью этого фактора является то, что он тормозит клеточный цикл и угнетает пролиферацию и функцию лимфоцитов, эндотелиоцитов и эпителиальных клеток.

Для предотвращения избыточного количества клеток существуют и другие факторы, тормозящие их деление. К ним, в частности, относятся тканеспецифические гликопротеиды — кейлоны. Эти вещества синтезируются и депонируются в зрелых клетках. Когда последних становится мало, уменьшается и количество кейлонов, а следовательно, ослабляется эффект торможения — размножение клеток ускоряется. Для очага воспаления после альтерации характерно малое количество зрелых клеток, а значит, низкое содержание кейлонов — депрессоров деления. Когда в результате пролиферации количество клеток восстанавливается, повышается также концентрация кейлонов, а следовательно, усиливается их паракринное тормозящее влияние на деление клеток, способных к пролиферации.

Кроме того, клеточное деление может угнетаться вследствие контактного торможения, которое осуществляется посредством передачи сигналов от клеток или внеклеточного матрикса через интегриновые рецепторы, описанные выше. Увеличение количества клеток приводит к контакту интегриновых рецепторов с их лигандами, вследствие чего активируются механизмы торможения клеточного деления.

Среди гормональных ингибиторов роста следует отметить глюкокортикоиды. Кроме того, важную роль в прекращении деления клеток и дальнейшей их дифференцировке играет увеличение соотношения цАМФ/цГМФ. Наконец, угнетающее влияние на клеточную пролиферацию оказывают соматостатины вследствие замедления секреции соматотропина и соматомединов.

Когда воспалительный фактор обезврежен и/или локализован, дальнейшие процессы направлены на то, чтобы очаг воспаления, ограниченный от остальных тканей, очистить, а затем заменить его новой, здоровой тканью, что достигается посредством репарации, которая является комбинацией регенерации и фиброплазии.

Регенерация — это пролиферация (размножение) предшественников оставшихся паренхиматозных клеток. В этом случае происходит замена утраченных клеток клетками того же типа. Регенерация характерна для тканей, клетки которых постоянно пролиферируют (эпителиальная и кроветворная) и тканей, которые в норме имеют низкий уровень репликации, но при необходимости под влиянием соответствующих факторов роста могут начать компенсаторную гиперплазию (гладкомышечные клетки, паренхиматозные клетки печени, почек и поджелудочной железы). Регенерация осуществляется за счет активации взрослых (соматических, унипотентных) стволовых клеток, обладающих ограниченной способностью к дифференциации, но высокой способностью к пролиферации (например, гемопоэтические стволовые клетки, печеночные стволовые клетки и др.).

При повреждении тканей, клетки которых в постнатальный период не делятся или регенерируют в очень ограниченном количестве (нервная и поперечно-исчерченная мышечная ткани), а также при деструкции больших массивов клеток с повреждением базальных мембран и внеклеточного матрикса замещение дефекта происходит путем фиброплазии — размножения мезенхимальных клеток стромы с дальнейшей дифференцировкой их в фибробласты, продукцией фибробластами коллагена и гликозаминогликанову из которых формируются фибриллярные структуры и грануляционная ткань, трансформирующиеся в соединительную ткань.

Восстановление и новообразование соединительной ткани (фиброплазия) осуществляются вследствие усиления пролиферации фибробластов, эндотелиоцитов, гладкомышечных клеток под влиянием ЭФР, ФРТ, ФРФ, ТФР-α, СЭФР и т. п. Фиброплазия возможна даже при полной гибели ткани, в случае попадания в поврежденную ткань стромальных (мезенхимальных) стволовых клеток красного костного мозга, которые являются мультипотентными. Такие клетки под влиянием ТФР-β могут превращаться в фибробласты, адипоциты, хондроциты, остеобласты, миобласты и эндотелиоциты.

К основным эффекторам фиброплазии относятся фибробласты, которые активно пролиферируют и синтезируют коллаген, эластин, коллагенассоциированные белки и протеогликаны, представляющие основу межклеточного вещества соединительной ткани. Нити коллагена в межклеточном пространстве размещаются в определенном порядке и выполняют не только механическую (растяжение, сжатие), но и структурную (порядок размещения фибробластов, эпителиальных и других клеток) функцию.

Фундаментальным процессом, обеспечивающим репарацию поврежденных тканей, является ангиогенез, который может быть результатом разветвления и разрастания имеющихся сосудов или образования новых сосудов из стволовых клеток костного мозга. Последние получили название “эндотелиальные клетки-предшественники” (ЭКП). Пролиферация и миграция эндотелиоцитов и ЭКП и дифференциация ЭКП в эндотелиоциты стимулируются СЭФР (ангиогенином). В свою очередь транскрипция СЭФР и экспрессия его рецепторов стимулируется некоторыми цитокинами и такими факгорами роста, как ТФР-β, ТФР-α, ФРТ, a также транскрипционным фактором HIF5 который активируется при развитии гипоксии. Последнее объясняет тот факт, что движение (таксис) эндотелиоцитов и ЭКП осуществляется по градиенту кислорода (в сторону, где его меньше). Гипоксия также стимулирует экспрессию β3-интегринов на поверхности эндотелиоцитов, что способствует взаимодействию эндотелиоцитов при образовании капиллярных цилиндров.

Новообразованные сосуды очень ломкие и нуждаются в стабилизации. Для этого мобилизуются перициты, гладкомышечные клетки и белки внеклеточного матрикса. Вовлечение перицитов стимулируется ангиопоэтинами, гладкомышечных клеток — ФРТ, а повышение синтеза белков соединительной ткани — ТФР-β. Кроме фибробластов белки внеклеточного матрикса могут продуцироваться гладкомышечными клетками, макрофагами, а некоторые — и эндотелиоцитами. В случае повреждения базальной мембраны медии сосудов гладкомышечные клетки под влиянием ФРТ и ФРФ теряют миозиновые фибриллы, пролиферируют, мигрируют и при участии ТФР-р, как и фибробласты, вырабатывают коллаген, эластин и гликозаминогликаны. Когда васкуляризация достигает максимального уровня, дальнейшее образование сосудов прекращается под контролем общих и местных факторов, которые могут как стимулировать, так и тормозить пролиферацию.

Миграция, пролиферация, полярность и функциональная активность клеток обусловлены их взаимодействием с компонентами межклеточного вещества. Образование структурированных, функционально активных тканей возможно лишь благодаря распознаванию якорных молекул коллагеновых и эластичных волокон и гликозаминогликанов базальных мембран поверхностными структурами клеток. Связь интегриновых рецепторов клеток с внеклеточным матриксом осуществляют клейкие коллагенассоциированные гликопротеиды (фибронектин, ламинин, тромбоспондин) и протеогликаны (синдекан). Интегриновые рецепторы, посредством белков талина и винкулина, взаимодействующих с внутриклеточным цитоскелетом, связывают волокна межклеточного вещества с актиновыми микрофиламентами клеток. Все это обеспечивает восстановление целостности, структурированности и стабильности тканей после повреждения. Если целостность базальных мембран, основным адгезивным белком которых является ламинин, не восстановлена или нарушено взаимодействие цитоскелета клеток и внеклеточного матрикса, возникает нарушение структуры и функции органа с образованием островков паренхиматозных клеток между избыточными скоплениями соединительной ткани (в качестве примера — цирроз печени).