Эмбриональное кроветворение

 

    Наблюдения начала XIX века, показали очень близкие клональные отношения между эндотелием и клетками крови во время эмбрионального развития, что привело к появлению таких терминов, как «гематобласт», «гемоцитобласт» или «гемангиобласт». Эндотелиальное происхождение клеток крови было официально доказано спустя десятилетия с развитием экспериментальных подходов, позволяющих маркировать клетки и отслеживать клоны.

      Все клетки крови происходят из экспрессирующей FLK1 мезодермы через эндотелиальные интермедиаты; вопрос о том, можно ли назвать эти предшественники мезодермы FLK1 «гемангиобластами», остается предметом дискуссий.

    Эндотелий, дающий начало клеткам крови, определяется как гемогенный эндотелий (HE) и обнаруживается во всех местах появления клеток крови. 

    Было показано, что в процессе эндотелиально-гематопоэтического перехода (EHT) субпопуляции HE генерируют примитивные эритроциты, эритромиелоидные предшественники, В-лимфоциты и HSC.

      Этот процесс EHT подобен хорошо охарактеризованному переходу эпителия в мезенхиму и влечет за собой процесс дифференцировки, включающий драматические морфологические и транскрипционные изменения. И, действительно, в литературе определение «гемогенный эпителий» часто связывают с возможностью образования как эндотелиальных, так и гемопоэтических клеток.

      Эмбриональное кроветворение у позвоночных начинается в первые недели эмбрионального развития, происходит в различных местах и протекает в три последовательные стадии («волны»):   : мезобластическая (желточный мешок), печеночная (печень) и миелоидная (костный мозг).     

     Первые две волны проходят в эмбриональном желточном мешке вне собственно зародыша с образованием переходных гемопоэтических популяций (мегалобластный гемопоэз). 

Первая волна кроветворения

        Первоначально считалось, что примитивные кроветворные клетки недолговечны и вносят свой вклад исключительно в систему крови эмбриона. И , дествительно, примитивные эритроциты имеют ограниченную продолжительность жизни но, как известно, играют важную роль в транспорте кислорода с продукцией эмбрионального гемоглобина, который переносит кислород со сродством, более приемлемым для внутриутробных условий. По мере того, как эмбрион становится слишком большим, чтобы полагаться на диффузию кислорода, вне- и внутриэмбриональные сосудистые системы становятся связанными, и кровообращение эффективно переносит примитивные клетки в дистальные ткани, что сопровождается переключением молекулярного развития на продукцию гемоглобина фетального/взрослого типа.

    Открытие кровяных островков гемоглобинсодержащих клеток у кур YS способствовало первоначальному появлению термина «примитивный эритропоэз» (Sabin F., et.al., 1920). С тех пор в эмбрионе были идентифицированы другие «примитивные» линии. К ним относятся примитивные макрофаги и мегакариоциты.  В дальнейшем, уже в наше время, было показано, что YS человека через 2-3 недели после зачатия содержат сходные примитивные клетки крови (Canu G., Ruhrberg C., 2020).

     Вскоре после гаструляции предшественники мезодермы в первичной полоске мигрируют в развивающийся желточный мешок с образованием мезодермальных масс, которые на E7.5 у эмбрионов мышей образуют островки крови, состоящие из примитивных эритроцитов, окруженных эндотелиальными клетками. Эта первая волна кроветворения также дает мегакариоциты, макрофаги и резидентные в тканях макрофаги, такие как микроглия головного мозг.

       Примитивные макрофаги уникальны по своей продолжительности жизни и представлены макрофагами, резидентными в тканях, такими как микроглия, которые сохраняются в мозге во взрослом возрасте. Они продуцируются независимо от промежуточных моноцитов, которые характерны для более поздних de novo генерируемых иерархий. Примитивные макрофаги играют важную роль в ремоделировании тканей и развитии лимфатических сосудов.

     Примитивная эритроидная линия возникает из мезодермальных гемангиобластных хорд, содержащих поликлональные клетки с бипотенциальными и унипотенциальными свойствами для эндотелиальных и гемопоэтических, а также других мезодермальных гемогенных эндотелиальных клеток (Padrón-Barthe L, et.al., 2014).

    Итак, сегодня, известно, что в первой волне кроветворения продуцируются три типа клеток крови: примитивные эритроциты, экспрессирующие эмбриональные глобины, мегакариоциты и макрофаги (Donovan M., Bordoni B., 2021). 

Вторая волна кроветворения

    За первой волной следует вторая волна появления предшественников в сосудистой сети желточного мешка, начинается сразу после инициации первичной волны YS. Различные гемопоэтические клетки-предшественники (HPC) - унипотентные дефинитивные эритроидные и мультипотентные миелоидные (мегакариоцитарные, тучные, гранулоцитарно-макрофагальные) предшественники - генерируются из гемогенного эндотелия в YS.

   Таким образом, на этой стадии продуцируются эритро-миелоидные предшественники, которые при созревании продуцируют дефинитивные эритроциты и все типы миелоидных клеток.

   Генерация лимфоидных предшественников вскоре следует и происходит как в желточном мешке, так и в собственно эмбрионе.

     Продефинитивная гемопоэтическая волна начинается непосредственно перед началом кровообращения, когда сосудистая система становится открытой. Экспрессия CD16/32 (и отсутствие Sca-1/Ly6a) отличает эти гемопоэтические предшественники от «примитивных» волновых клеток (McGrath K., et.al., 2015).  Одновременно развиваются дополнительные транзиторные вне- и внутриэмбриональные мезодермальные ткани. Клетки из более поздней первичной полоски образуют хориоаллантоисную (предполагаемую) плаценту, желточную и пупочную сосудистую сеть, а также мигрируют в эмбрион, формируя аорту. Эти ткани содержат EMPs и обладают сильным потенциалом миелоидных клеток. Интересно, что EMPs, происходящие из YS, поддерживают эритропоэз на протяжении всего эмбрионального развития мыши вплоть до рождения.

    После генерации EMP на продефинитивной стадии в YS также продуцируются другие, более сложные предшественники, обладающие лимфоидным и мультилинейным (лимфоидно-миелоидным) потенциалом. Были обнаружены лимфоидно-примированные мультипотентные предшественники (LMPP), которые после дифференцировки продуцируют натуральные киллеры, Т-клетки и подмножество В-клеток B-1a (но не B-2). Подобно микроглии, В-клетки B-1a являются самовоспроизводящимися и могут считаться клетками, резидентными в тканях (в брюшной и плевральной полостях взрослых) в том смысле, что они не могут быть получены из стволовых клеток (HSC) костного мозга (BM)или эмбриональных клеток (HSC ) мыши (HSC печени).

       Как отмечалось выше, во второй и третьей эмбриональных волнах формируются дефинитивные мультипотентные клетки, а именно эритромиелоидные клетки-предшественники (EMP) в кровяных островках желточного мешка и гемопоэтические стволовые клетки/клетки-предшественники (HSPC) в дорсальной аорте (DA) соответственно.  В 1990-х годах было показано, что внутриэмбриональная мезодермальная область (парааортальная спланхноплевра; pSp) является гемогенным участком. Перед установлением циркуляции в мышином эмбрионе pSp продуцирует не только EMPs, но также и лимфоидные предшественники для адаптивной иммунной системы, как показывают культуры эксплантатов. . Это начало продукции лимфоидных предшественников в pSp происходит раньше, чем в YS. В отличие от YS, pSp LMPPs (или другие предшественники) способны автономно продуцировать оба типа В-клеток, а также давать Т-клетки, таким образом, предполагается, что pSp может быть источником развития более сложных мультипотентных гемопоэтических предшественников.

    Продефинитивная волна гемопоэтической генерации de novo включает in vivo мультипотентные колониеобразующие единицы клеток селезенки (SFU-S). Первоначально предложенный J.Till, E. McCulloch  ( 1961) в качестве источника «стволовых клеток» BM для кроветворения взрослых, было обнаружено, что SFU-S присутствуют как в области YS, так и в области аорта-гонад-мезонефроса (AGM; потомок pSp) у эмбриона мышей.

  Во второй и третьей волнах также формируется высокоспециализированный тип эндотелия, называемый гемогенным эндотелием, из которого происходят  гемопоэтические предшественники в процессе, известном как «эндотелиально-гематопоэтический переход» (Boisset J.-C., van Cappellen W., et.al., 2010).

 

Третья волна кроветворения

     Третья волна возникает внутри эмбриона в области аорты-гонад-мезонефроса (АGМ) и дает начало взрослому кроветворению (нормобластному кроветворению), в результате которого образуются HSC и МSC, обеспечивающие организму непрерывную продукцию клеток крови

   Первые HSC, способные к приживлению во взрослом состоянии, обнаруживаются только, выходя из крупных артерий развивающегося эмбриона. HSC позже обнаруживаются в желточном мешке и плаценте, но до сих пор неясно, возникают ли они автономно в этих местах или они транспортируются туда из места своего возникновения посредством кровообращения.     Новообразованные HSCs мигрируют в печень, где происходит их значительное увеличение, HSC колонизируют селезенку и, в конечном счете, костный мозг, где они будут находиться после этого (Christensen J., et.al., 2004).

      В течение четвертого и пятого гестационных месяцев костный мозг становится основным местом образования клеток крови и основным участком кроветворения после 24-й недели беременности и до рождения. Первоначально в эмбриональном мозге примерно одинаковое количество миелоидных и эритроидных клеток. Тем не менее, миелоидные клетки преобладают к 12-неделе беременности, а соотношение миелоида к эритроиду приближается к взрослому уровню 3:1 к 21-й неделе беременности. 

     HSC считаются долгоживущими основами взрослой иерархии и являются конечным типом гемопоэтических клеток, который должен быть специфицирован и сгенерирован de novo в эмбрионе. Генерация HSC происходит только в течение короткого периода времени развития у эмбрионов позвоночных - в середине беременности у эмбриона мыши и у эмбриона человека примерно через 4-5 недель после зачатия.

    В 1970-х эксперименты по пересадке/отслеживанию эмбрионов на моделях развития крови у кур (а позже и у амфибий) позволили предположить, что пожизненная гемопоэтическая система взрослых возникла внутриэмбрионально, а не из внеэмбрионального YS. Тем не менее, это было спорным для эмбрионов млекопитающих, поскольку анализы in vitro колониеобразующих единиц культуры (CFU-C) и анализы CFU-S in vivo показали, что би- и мультипотенциальные предшественники присутствовали в YS раньше, чем в теле эмбриона. минус YS). Эта догма о YS происхождении кроветворения взрослых млекопитающих была окончательно изменена в 1990-х годах, когда были проведены in vivo трансплантации мышиных эмбриональных гемогенных тканей, включая внутриэмбриональную область AGM. Было обнаружено, что AGM содержит HSC до YS , и, что важно, HSC генерируются автономно в AGM, но не в эксплантах YS. Было обнаружено, что эти HSC надежно заселяют кроветворную систему облученных взрослых в течение всей жизни, и, кроме того, серийные трансплантации продемонстрировали их свойства самообновления стволовых клеток. Генерация HSC de novo была локализована во внутриаортальных гематопоэтических кластерах (IAHC) на вентральной стенке аорты мышей средней стадии беременности в месте соединения с желточной артерией (de Bruijn M., et.al., 2002).  Из нескольких сотен IAHC, которые в основном представляют собой HPC, только около 2 являются функциональными HSC. IAHC считались компартментом «про-/предефинитивных HSC», состоящим из ряда промежуточных типов/состояний клеток. Про-HSC и пре-HSC типа (Т) 1 и Т2 определяются комбинацией маркеров клеточной поверхности.

Эритроциты

Желточный мешок

 

    Первые клетки в развивающемся эмбрионе - примитивные эритробласты, появляющиеся в желточном мешке. Эти клетки интересны уже тем, что не развиваются в зрелые эритроциты. Они нечувствительны к эритропоэтину и способны дифференцироваться в другие клеточные линии при воздействии соответствующих факторов роста. Примитивные эритробласты характеризуются более быстрым созреванием и сокращенной продолжительностью жизни по сравнению с эритробластами плода и взрослого. 

      Эритробласты желточного мешка представляют собой чрезвычайно крупные эритроциты (мегалобласты) со средним объемом клеток (MCV)> 450 мкл / клетку. 

Печень

     Ко второму месяцу беременности кроветворение прекращается в желточном мешке, и уже печень становится центром кроветворения, достигая максимальной активности в течение третьего и четвертого месяцев беременности. 

   Печень служит основным источником выработки эритроцитов с 9-й по 24-ю недели беременности. В течение этих недель беременности эмбриону необходимы эритроциты для транспорта материнского кислорода, чтобы обеспечить рост и развитие, роды приводят к резким изменениям в кровообращении и оксигенации. которые влияют на кроветворение, поскольку новорожденный совершает переход к раздельному биологическому существованию. 

   По мере созревания плода наблюдается снижение MCV эритроцитов плода со среднего значения 134 fl / клетка через 18 недель и 118 fl / клетка через 30 недель беременности. Процент циркулирующих ядросодержащих эритроцитов уменьшается в среднем с 12% в 18 недель до 4% в 30 недель.

 

Гемоглобин

 

      Гемоглобин человека представляет собой тетрамер, состоящий из двух цепей глобина α-типа и двух цепей β-типа. Кластер генов α-глобина расположен на хромосоме 16 и содержит ген z 5 'для пары генов α-глобина. Генный кластер β-глобина расположен на хромосоме 11 и содержит пять генов глобина, ориентированных от 5 'до 3'. 

     Во время эмбриогенеза гены на обеих хромосомах активируются последовательно от 5 'до 3' конца. Это «переключение» глобина связано не только с относительным положением генов глобина в их соответствующих хромосомных кластерах, но также с взаимодействующими областями контроля локусов «вверх по течению».

      Предшественники эритроида являются макроцитами, что приводит к образованию ядросодержащих эритроцитов, содержащих эмбриональные гемоглобины. 

    Эмбриональный гемоглобин - это тетрамер, образующийся на островках крови в зародышевом желточном мешке вовремя мезобластической стадии (с первой недели беременности до конца беременности). Хромосомные аномалии могут привести к задержке переключения с эмбрионального гемоглобина.   Существуют разные типы эмбрионального гемоглобина.

    Гемоглобин Gower -1 (как ζ2ε2 или HbE Gower 1) форма гемоглобина,  существующая  только в течение эмбриональной жизни;  является первичным и основным гемоглобином у эмбрионов менее 5 недель беременности. Он состоит из двух дзета-цепей и двух эпсилон-цепей и относительно нестабилен, легко разрушается.

     Гемоглобин Gower – 2 (α2ε2 или HbE Gower 2) является формой гемоглобина, существующей на низких уровнях в течение эмбриональной и внутриутробной жизни. Он был обнаружен у эмбрионов с гестационным возрастом всего 4 недели и отсутствует у эмбрионов старше 13 недель. Он состоит из двух альфа-цепей и двух эпсилон-цепей и несколько нестабилен, хотя и не так сильно, как гемоглобин Gower 1. Из-за его относительной стабильности по сравнению с гемоглобином Gower 1 и гемоглобином S он был предложен в качестве средства для реактивации во взрослом возрасте в случаях тяжелой β-талассемии и гемоглобинопатий у субъектов, которым реактивация гемоглобина F противопоказана из-за проблем с токсичностью.

    Гемоглобин – Portland – I (γ2γ2 или HbE Portland 1) - это форма гемоглобина, существующая на низких уровнях во время эмбриональной и внутриутробной жизни, состоящая из двух дзета-цепей и двух гамма-цепей. Он обнаружен у молодых эмбрионов, но сохраняется у детей с гомозиготной α-талассемией. Синтез ζ и ε цепей уменьшается с увеличением α и β цепей/

      Гетоглобин плода (α2γ2) - это основной гемоглобин жизни плода, синтез гемоглобина А может быть у плода уже в 9 недель беременности. У плодов от 9 до 21 недели беременности количество HB A (α2β2) возрастает с 4 до 13 % от общего гемоглобина.  Эти уровни HB A позволили провести антенатальную диагностику β-талассемии с использованием синтеза глобиновой цепи. После 34-36 недель беременности процентное содержание HB A (α2β2) возрастает, а процентное соотношение HB F (α2γ2) уменьшается. Количество HB F в крови варьирует у доношенных детей от 53 до 95% от общего гемоглобина. Концентрация фетального гемоглобина в крови уменьшается после рождения примерно на 3% в неделю и, как правило, составляет менее 2-3% от общего гемоглобина к 6 месяцам. Эта скорость снижения выработки HB F тесно связана с гестационным возрастом младенца и не зависит от изменений окружающей среды и напряжения кислорода, которые происходят во время рождения. HB A2 (α2δ2) не был обнаружен у плодов. Нормальные уровни HB A2 достигаются в возрасте четырех месяцев (Beutler E., et.al., 2011).

     Состав крови плода заметно изменяется во втором и третьем триместрах. Средний гемоглобин у плода постепенно увеличивается с 9,0 ± 2,8 г / дл в возрасте 10 недель до 16,5 ± 4,0 г / дл в 39 недель. 

 

Лейкоциты

    Лейкоциты каждого типа клеток систематически появляются на 9 неделе беременности, лимфоциты могут быть обнаружены в области вилочковой железы. Впоследствии они обнаруживаются в селезенке и лимфатических узлах. В отличие от желточного мешка, где гематопоэз ограничен эритроидными и макрофагальными клетками, гематопоэз в печени плода также включает другие миелоидные и лимфоидные линии.  Небольшое количество циркулирующих лейкоцитов присутствует на 11-й неделе беременности.  Гранулопоэз имеет место  в паренхиме печени и в некоторых областях соединительной ткани уже в 7 недель беременности.

       Миелоидные клетки, включая моноциты, возникают в результате двух последовательных версий гематопоэза, «примитивного» и «окончательного» гематопоэза, которые возникают во время развития . Во время примитивного кроветворения на эмбриональной стадии эритроциты, вырабатываемые желточным мешком, удовлетворяют повышенную потребность эмбриона в кислороде во время быстрого роста. Желточный мешок также приводит к образованию примитивных макрофагов в тканях, которые могут самопроизвольно поддерживаться в тканях путем пролиферации. Например, обновление микроглии мозга не зависит от циркулирующих предшественников, то есть от циркулирующих моноцитов, происходящих из костного мозга, а микроглия поддерживается пролиферацией в течение всей взрослой жизни.  Тканевые резидентные макрофаги, включая перитонеальные, селезеночные и легкие макрофаги, а также клетки Купфера, происходят из желточного мешка до рождения. В устойчивом состоянии эти клетки поддерживаются независимо от ввода моноцитов.  Кишечные макрофаги, а также воспалительные макрофаги в кишечнике происходят из одного и того же предшественника. Происхождение макрофагов и дендритных клеток, которые находятся в стенках кровеносных сосудов в устойчивом состоянии, еще не описано. Учитывая данные, недавно полученные из многих систем органов, включая сердце, эти клетки, вероятно, поддерживают себя локально, независимо от моноцитов крови, несмотря на то, что они находятся очень близко к этому пулу клеток.

Тромбоциты

 

      Мегакариоциты присутствуют в печени к 6 неделе беременности, а тромбоциты впервые проявляются в кровотоке на ее 8-9 неделе

       PLT в CBC остается более 150000 / мкл. начиная от 15 недель беременности.

 

Гематопоэз плода

 

Гематопоэз

Срок беременности

    Гемоглобин Gower -1 

До 5 недель

Гемоглобин Gower – 2

4 -13 неделя

Мегакариоциты в печени

6 неделя

Гранулопоэз

7 неделя

Появление оформленных тромбоцитов

8-9 неделя

Печень основной  источник эритроцитов

9-24 неделя

Синтез гемоглобина А

9 неделя

Лимфоциты вилочковой железы

9 неделя

Лимфоциты в селезенке и лимфатических узлах

10 неделя

Небольшое количество циркулирующих лейкоцитов

11 неделя

Количество тромбоцитов более 150 000

15 неделя

Соотношение миелоид/ эритроид

21 неделя

Костный мозг, как основной орган кроветворения

24 неделя

Категория сообщения в блог: 

Записаться на прием

Добавить отзыв