МАКРОФАГИ И РЕГЕНЕРАЦИИ
Регенерация – мало ещё изучения способность живого организма (здесь и далее речь пойдет только о млекопитающих) восстановить часть поврежденных или утраченных органов. Легко, “как на собаке”, заживают царапины, ссадины, порез. Восстанавливаются поврежденные или удаленные значительные участки кожи и некоторых внутренних органов – печени, желудка, почек… Но, с другой стороны, есть раны, которые не заживают, несмотря на все усилия медиков. Почему? Почему не всегда приживляются свои же пальцы или целые конечности, отделенные от тела несчастным случаем? Чтобы ответить на подобные вопросы, надо знать механизм регенерации.
В нашей стране восстановительные способности клеток и тканей изучаются с 20-х годов. Ученые смогли установить, что эти способности можно стимулировать, достигнуты заметные успехи в активации восстановления ткани мышц, печени, костей черепа и некоторых других органов и тканей. Однако поиск этот труден и конец его ещё не близок. Заведующий лабораторией Новосибирского института клинической и экспериментальной медицины Дмитрий Николаевич Маянский – один из участников этого поиска. В своей статье он рассказывает о некоторых результатах изучения регенерации печени.
Восстановление, или регенерация, органа – это, по существу, новый его рост, то есть снова начавшееся активное деление клеток. Оно начинается сразу после повреждения, причем восстанавливаться могут различные утраченные структуры органа: специализированные присущие только ему элементы, его паренхима – основная ткань, а также строма – каркас органа, состоящий из соединительной ткани.
Строме принадлежит особая роль в регенерации, поэтому надо сказать о ней несколько подробней. Именно строма придает органу необходимую прочность и эластичность, без нее паренхима распадается на отдельные клетки. Через строму с проходящими в ней кровеносными капиллярами основная ткань получает необходимые питательные вещества, метаболиты, молекулы – регуляторы. Наряду с кровеносными в строме располагаются лимфатические сосуды, через которые идет постоянный отток продуктов обмена веществ.
Из крови в соединительную ткань выходят лейкоциты нейтрофилы, эозинофилы, моноциты, а из лимфы – лимфоциты. И те и другие, покинув кровеносный сосуд, превращаются в тканевые элементы. Так, например, из моноцитов крови образуются макрофаги, из лимфоцитов – плазматические клетки. Кроме клеток, притекающих с кровью, в строме органа в обязательном порядке присутствуют фибробласты, вырабатывающие коллаген и другие вещества, из которых строится соединительная ткань. Тот или иной кровеносный и соответствующий ему лимфатический капилляр обслуживают строго определенные зоны паренхимы. Весь орган в связи с этим может быть поделен на своего рода зоны влияния, которые включают в себя капилляр с протекающей по нему кровью, окружающую его соединительную ткань с лимфатическими капиллярами и прилегающие клетки паренхимы.
Строма и паренхима органа находятся в постоянном взаимодействии. Основы для такого взаимодействия закладываются еще в эмбриональном периоде развития, на том этапе, когда формируются ткани внутренней среды и пограничные – те, что отделяют организм от внешней среды, то есть когда ткани разделяются по функциям, или, проще говоря, получают специальность.
Как уже говорилось, крови в соединительную ткань постоянно переходят все новые и новые отряды лейкоцитов. С одной стороны, они патрулируют внутреннюю среду, следят за её чистотой. С другой стороны, эти клетки участвуют в переброске питательных и других веществ из крови в соединительную ткань постоянно переходят все новые и новые отряды лейкоцитов. С одной стороны, они патрулируют внутреннюю среду, следят за её чистотой. С другой стороны, эти клетки участвуют в переброске питательных и других веществ из крови к паренхиме. Например, моноциты крови могут переносить инсулин, гормоны коры надпочечников, эстрогены (женские половые гормоны). После того как лейкоциты разгрузятся от переносимого к паренхиме материала, они продолжают работать на территории стромы в качестве клеток, контролирующих гомеостаз. Спустя определенный срок они покидают внутреннюю среду через дыхательный или желудочно – кишечный тракт и заменяются новыми клетками, пришедшими из циркулирующей крови. Нейтрофилы (мелкие лейкоциты) обычно живут за пределами кровеносного сосуда 5 – 7 дней, а моноциты, превратившиеся в макрофаги, - несколько недель и даже месяцев.
Клетки стромы легко мобилизуются на защиту, особенно в аварийной ситуации, когда органу грозит беда или он уже в таком состоянии, что нуждается в срочном восстановлении. В этих случаях особо полезную работу выполняют так называемые макрофаги – резиденты, прочно фиксированные в стенках малых кровеносных сосудов, проходящих через строму, и в других ее участках. Еще в эмбриональном периоде они управляют развитием органов. Так, без макрофагов нейрологии запаздывает развитие мозга у эмбрионов, а печень из эмбрионального органа кроветворения окончательно превращается в сложнейший агрегат обмена веществ у взрослого организма с помощью особого класса печеночных макрофагов – резидентов – клеток Купфера. В этом отношении нельзя не вспомнить слова выдающегося советского патофизиолога А. А. Богомольца, который писал, что именно от стромы в высшей степени зависят не только возможности развития органа, но и его жизненная судьба. Когда привычные связи между стромой и паренхимой рвутся, клетки могут выходить из – под “замка корреляций”, приобретать автономию и давать начало опухолям или другому варианту аномального роста, в том числе и регенерации.
Но как дается это начало? Где зарождается толчок к регенерации утраченной части органа? Как организм узнает, что образовался дефект массы какого – либо органа и нужно срочно залатать брешь во избежание большого зла? Для изучения этих вопросов существует много экспериментальных моделей регенерации. Можно заставить расти кожу, легкое, слюнную железу, почку. Однако во всех этих случаях технически трудно оценить регенерацию с количественной стороны, то есть ее скорость, объем восстановленной массы и т. п. Поэтому наибольшую популярность среди исследователей приобрела модель регенерации печени: удаленные доли этого органа восстанавливаются феноменально быстро – через неделю оставшаяся часть достигает размеров исходной печени. И тут рост печени обрывается так же стремительно, как и начинается после частичного удаления.
Очень много ученых в наши дни выясняют, чем отличаются клетки (гепатоциты) нормальной печени от клеток печени регенерирующей, надеясь найти в этих отличиях фактор, возбуждающий регенерацию. И все пока остается неясным, что толкает печень на стезю восстановления. Есть попытки найти сигнал к регенерации не в самой печени, а в других органах желудочно – кишечного тракта. Ведь замечено, что наиболее активно стимулирует рост печени кровь, которая, собираясь из разных отделов брюшной полости, притекает к ней по воротной вене. В опытах установлено, что способствующий регенерации фактор, по – видимому, накапливается в крови воротной вены уже с первых часов после резекции печени. На сегодняшний день реальнее всего считать, что в роли такого начала могут выступать гормоны поджелудочной железы – инсулин и глюкагон. В то же время не исключено, что здесь дело не только в этих гормонах, но и в гормоноподобных началах, выделяемых особыми клетками стенки кишечника.
Однако все внешние регуляторы, к какому бы классу веществ ни относились, вносят коррекцию в уже начавшийся процесс, и есть основания предполагать, что первичный толчок к регенерации печени зарождается в ней самой. Дело в том, что уже в первые часы после удаления части печени в ней обнаруживаются некие загадочные вещества, устойчивые к прогреванию и потому, скорее всего, не белки. Если эти вещества ввести другим животным (с полноценной печенью или с усеченной), то синтез ДНК в ядрах гепатоцитов у них заметно усиливается – иногда в 2 – 2,5 раза по сравнению с контрольными животными. Затем выяснилось, что аналогичные вещества содержатся не только в регенерирующей, но и в растущей печени 1 – 2 недельных крысят – сосунков.
По вопросу о том, что собой представляет стимулирующие начало, мнения разошлись. Одни считают, что это действительно стимулятор, тогда как другие склоняются к мысли, что дело не в стимуляторе, а что из ткани печени уходит ингибитор замедлитель, который в норме постоянно там присутствует и следит за тем, чтобы орган чрезмерно не разрастался.
Надо заметить, что в печени образуются и уже известные гормоны, стимулирующие рост клеток. Наибольший интерес представляет недавно открытый класс соединений – одноцепочечных полипептидов, по структуре напоминающих инсулин. Поэтому их назвали инсулиново – подобными ростовыми факторами – ИРФ – 1 и ИРФ2. В нормальной печени они связаны с ингибитором и поэтому себя не проявляют. Когда же печень начинает регенерировать, то этих факторов в ней скапливается больше, и связь их с ингибиторами становится менее прочной, а деятельность – активней.
Однако все эти наблюдения и соображения оставались на уровне гипотез и достоверности не добавляли. Вообще же при знакомстве с огромной массой работ, посвященных регенерации печени, поражало одно обстоятельство: практически все авторы смотрели на печень как на скопление гепатоцитов, то есть паренхимных специализированных клеток. При этом забывали или не считали нужным помнить, что печень состоит не только из паренхимы, но и стромы, которая отнюдь не инертный скелет, а ткань, во многом определяющая развитие органа.
У взрослого животного отношение между стромой и паренхимой замаскированы, и чтобы их оживить, нужно заставить орган регенерировать, то есть как бы вернуть его на время к эмбриональному состоянию, когда он быстро растет. По логике вещей в таком быстро растущем органе взаимные влияние стромы и паренхимы должны проступать более рельефно.
Опираясь на эту общую платформу, мы допускали, что именно в клетках стромы может зарождаться первичный толчок к восстановительному делению гепатоцитов. Наибольшее подозрение в этом отношении падало с самого начала на клетки Купфера, и вот по каким причинам.
В состав стромы печени входят четыре основных типа клеток. Это фибробласты, эндотелий кровеносных капилляров, клетки Купфера (макрофаги – резиденты), составляющие в сумме четыре пятых всех стромальных клеток печени. И одна пятая падает на клетки, накапливающие жир: в их цитоплазме постоянно находят множество липидных капель, служащих источником энергии для синтеза коллагена и других кирпичей, из которых строится собственно соединительный каркас печени. Иными словами, жиронакапливающие клетки суть нечто иное, как резервная форма фибробластов. В норме они выделяют мало коллагена, но при таких заболеваниях, как цирроз печени, функция этих клеток резко усиливается, и орган прорастает коллагеновыми волокнами.
Так вот, внимательно присмотревшись к поведению клеток регенерирующей печени, мы заметили, что из всех клеток стромы на дефицит печеночной массы раньше других реагирует клетки Купфера. Уже через 2 – 3 часа после операции в оставшийся фрагмент печени притекали с кровью предшественники будущих клеток Купфера – моноциты. Одновременно росло число клеток Купфера, и сами они увеличивались в размерах, вздувались, в них разрастались ультраструктуры, активно шло внутриклеточное производство органелл. Раньше других в клетках Купфера накапливались первичные лизосомы – пузырьки, заполненные протеолитическими (расщепляющими белки) ферментами.
Могло ли это иметь отношение к растормаживанию регенерации печени? Нам казалось, что могло, поскольку протеолитические ферменты (типа трипсина) расщепляют белки стромы и тем самым ослабляют тот каркас, который не дает паренхиме разрастаться, удерживает её в рамках органа (в данном случае печени).
Помимо изучения клеток Купфера и гепатоцитов под электронным микроскопом, мы исследовали их биохимически. Оказалось, что в клетках Купфера уже через 2 часа после операции в десятки раз возрастает активность ключевых протеолитнических ферментов, причем ферменты начинали накапливаться в клетках Купфера еще до того, как растормаживался синтез ДНК в гепатоцитах. Иными словами, обогащение лизосом в клетках Купфера ферментами как бы проторяло путь к последующему размножению гепатоцитов и, следовательно, регенерации ткани.
Однако если бы ферменты просто концентрировались в лизосомах клеток Купфера, это бы ещё мало что значило. Гораздо важнее то, что клетка Купфера, впрочем, как и макрофаги других типов, будучи приведена в активное состояние, обогатившись лизосомальными ферментами, не просто их накапливает в себе, но и выбрасывает содержимое лизосом во внеклеточную среду. А там они могут уже служить пусковыми механизмами роста гепатоцитов.