Происхождение стволовых кроветворных клеток в эмбриональном развитии

Мезенхимные стромальные клетки и развитие кроветворной ниши в онтогенезе (Иллюстрация с сайта лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза, idbras.ru)

В организме взрослых млекопитающих кроветворение происходит главным образом в костном мозге. На протяжении всей жизни в нем поддерживаются стволовые кроветворные клетки (СКК), образующие все типы форменных элементов крови. В эмбриональном развитии кроветворение происходит в нескольких анатомических образованиях – желточном мешке, аорто-гонадо-мезонефральной области, плаценте и печени. Однако до сих пор не вполне ясно, где именно в ходе развития эмбриона впервые появляются клетки-предшественники, дающие начало СКК зрелого костного мозга. В обзоре рассмотрены современные представления об особенностях кроветворных клеток, образующихся в желточном мешке, аорто-гонадо-мезонефральной области и плаценте, и их вкладе в заселение печени зародыша, а впоследствии и костного мозга взрослого организма.

Костный мозг – основной орган кроветворения у взрослых млекопитающих, в котором на протяжении всей жизни воспроизводятся стволовые кроветворные клетки (СКК) и образуются зрелые клетки крови. СКК взрослого организма способны давать все типы форменных элементов крови (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, моноциты, лимфоциты, эритроциты, тромбоциты). Кроме того, после деления СКК воспроизводят самих себя, т.е. самоподдерживаются. Благодаря этому они обеспечивают кроветворение неопределенно долгое время. Основным функциональным критерием наличия в ткани СКК является способность к восстановлению кроветворения как после естественной гибели клеток, так и в ходе патологических процессов или действия повреждающих агентов. Полный набор этих свойств появляется у СКК только после рождения, в результате созревания их предшественников, так называемых пре-стволовых кроветворных клеток (пре-СКК), которые возникают в раннем развитии задолго до формирования костного мозга. Хотя процесс образования кроветворной системы изучается более 100 лет, остается не ясным вопрос, где впервые возникают клетки, дающие начало СКК, существующим во взрослом организме.

В эмбриональном развитии клетки крови образуются в нескольких органах, функционирующих в разное время, а именно в желточном мешке, области аорты, половых желез и почек (так называемом аорто-гонадо-мезонефросе или АГМ), плаценте и печени (заглавная иллюстрация). Иными словами кроветворение в ходе развития меняет свою локализацию. По-видимому, его переселение из органа в орган обусловлено не только анатомическими изменениями в процессе развития, но и тем, что в процессе становления кроветворной системы эти органы играют неодинаковую роль. Так, например, основная функция желточного мешка состоит в образовании первых клеток крови, в первую очередь эритроцитов, снабжающих развивающийся эмбрион кислородом. В то же время остается неясным, работает ли этот орган не только на текущие потребности зародыша, но и на перспективу, то есть участвует ли он в образо-вании полноценных, так называемых дефинитивных СКК, которые в дальнейшем заселят костный мозг и обеспечат кроветворение у взрослого организма. Дело в том, что образующиеся в желточном мешке кроветворные клетки-предшественники не соответст-вуют важнейшему функциональному критерию дефинитивных СКК – способности восстанавливать кроветворение при трансплантации реципиенту, у которого собственная кроветворная ткань разрушена облучением. Предшественники взрослого кроветворения, которые этой способностью обладают, появляются в ходе развития организма несколько позже и закладываются практически одновременно в нескольких независимых источниках – в стенке дорзальной аорты и других крупных сосудах, в сердце, а также в плаценте. В этих образованиях они возникают de novo, а затем перемещаются из них в печень. Функции этих источников, по-видимому, не идентичны. Так, в АГМ образуются лишь единичные СКК, способные заселять кроветворные органы взрослого реципиента, однако здесь массово размножаются их предшественники, пре-СКК, которые впоследствии и мигрируют в печень. Возможно, АГМ является главным поставщиком пре-СКК для первоначального заселения печени, где они дозревают до стадии СКК, размножаются и приобретают способность давать начало всем типам зрелых клеток крови. Параллельно с печенью размножение СКК идет и в плаценте, но в этом органе, в отличие от печени, они не дифференцируются. Очевидно, основная роль плаценты как кроветворного органа – это наработка СКК.

В печени зародыша собственные предшественники кроветворных клеток не образуются. Кроветворение в ней начинается и поддерживается только за счет миграции клеток, приходящих из желточного мешка, АГМ и плаценты. В печени СКК не только самоподдерживаются и размножаются, но и впервые в эмбриогенезе образуют все типы кроветворных клеток красного и белого рядов. Таким образом, печень является основным кроветворным органом развивающегося плода и обеспечивает его потребность как в стволовых, так и в зрелых клетках крови, что становится особенно важным на тех стадиях развития, когда желточный мешок уже прекращает выполнять кроветворную функцию. В конце внутриутробного периода печень переключается на выполнение специфических функций, свойственных ей во взрослой жизни, а кроветворная активность ней угасает. СКК при этом покидают печень и перемещаются в костный мозг, где к тому моменту уже складываются условия для их существования и самообновления. Попав в костный мозг, СКК прекращают интенсивно делиться и переходят в состояние покоя.

Ведущая роль в смене мест, где в ходе индивидуального развития происходит кроветворение, принадлежит микроокружению. В желточном мешке, АГМ, плаценте и печени оно неодинаково, и это обуславливает различия в поведении кроветворных клеток в этих органах. Так, под влиянием микроокружения плаценты СКК активно размножаются, а микроокружение печени благоприятствует не только их делению, но и дифференцировке. Ключевую роль в формировании микроокружения, или ниши для СКК, играют мезенхимные стромальные клетки (МСК). В ходе развития эмбриона МСК появляются в местах кроветворной активности, по-видимому, подготавливая «ложе» для кроветворных клеток, причем обе системы – мезенхимная и кроветворная – развиваются скоординировано. В индивидуальном развитии МСК претерпевают не только количественные, но и функциональные изменения, что отражает процесс созревания кроветворной ниши. Именно качественные изменения качества кроветворного микроокружения, происходящее параллельно с изменениями СКК, могут иметь определяющее влияние на приобретение последними дефинитивных свойств, присущих клеткам взрослого организма.

Таким образом, эмбриональное кроветворение осуществляется во многих анатомических образованиях, обеспечивающих на протяжении пренатального периода разные этапы формирования и созревания кроветворных клеток. Кроветворные функции этих образований частично перекрываются, но каждое из них имеет и уникальные особенности: желточный мешок служит первым местом продукции функционально активных клеток крови (примитивных эритроцитов), в АГМ закладываются de novo предшественники дефинитивных СКК, плацента обеспечивает размножение СКК, а печень – их поддержание и дифференцировку в множественных направлениях. Существование нескольких мест для кроветворения способствует, с одной стороны, быстрому образованию первых дифференцированных клеток крови, необходимых эмбриону для выживания и роста, а с другой – продукции множества СКК, которые потребуется организму в дальнейшем, уже после рождения. Однажды возникнув, СКК собираются в печени зародыша для размножения и дифференцировки, после чего заселяют костный мозг. На этом пути они попадают в различные ниши и подвергаются различным воздействиям, способствующим их размножению и функциональному созреванию, в результате чего приобретают свойства СКК взрослого организма.

Хотя эмбриональное развитие кроветворной системы изучается уже много лет, многие вопросы, связанные с происхождением клеток крови в эмбриогенезе, до сих пор остаются без ответа. Дальнейшее изучение клеточных и молекулярных механизмов формирования СКК в индивидуальном развитии имеет несомненную значимость не только для понимания фундаментальных аспектов функционирования кроветворной системы, но и для совершенствования методов лечения гематологических заболеваний.