Совпадающая активация врожденного иммунитета и системы свертывания после травмы является филогенетически древней адаптивной реакцией, которую можно проследить до ранних стадий эволюции эукариот и хордовых. У большинства видов беспозвоночных, таких как мечехвост ( Limulus polyphemus ), отсутствуют дифференцированные фагоцитарные клетки и тромбоциты, но у них есть большие ядерные амебоидные зернистые гемоциты. Как только их открытая система кровообращения нарушается, они реагируют на микробные угрозы через общий амебоцитарный и гуморальный путь воспаления и свертывания крови. Давно известно, что лизаты, приготовленные из амебоцитов Limulus , подвергаются коагуляции при воздействии эндотоксина и использовались для обнаружения этого эндотоксина ( Young M., et.al., 1972).
Архетипические функции амебоцитов Limulus обнаружены в тромбоцитах человека, включая агрегацию, адгезию, распространение и высвобождение факторов свертывания на основе гранул. Эти свойства обнаруживаются на протяжении всей филогенетической эволюции как общие антимикробные и провоспалительные реакции на стимулы, которые активируют как каскад свертывания крови, так и фагоцитарные эффекторные клетки.
Немлекопитающие позвоночные, включая ранних хордовых, рыб, птиц, амфибий и рептилий, имеют большие, содержащие ядра, часто веретенообразные тромбоциты, которые опосредуют тромбоцитарную активность (Svoboda O., Bartunek P., 2015).
На протяжении эволюции размеры клеток и размеры ядер тромбоцитов постепенно уменьшались, причем, этот процесс ускорился по мере того, как виды становились более наземными и начинали терморегуляцию. У бесчелюстных рыбоподобных миксин ( Myxine glutinosa ) , хрящевых рыбоподобных акул ( Squalus acanthias ), костистых рыб, таких как данио рерио ( Danio rerio ), и других видов рыб, циркулирующие ядросодержащие тромбоциты имеют некоторые фенотипические особенности и функциональные характеристики, сходные с таковыми тромбоцитов млекопитающих
Полиплоидные эритроциты и их потомство, безъядерные тромбоциты, обнаружены только у млекопитающих. У всех других видов животных клетки, вовлеченные в гемостаз и свертывание крови имеют ядра. Тромбоциты позвоночных, не относящихся к млекопитающим, представляют собой ядерные лейкоциты и считаются функциональными аналогами тромбоцитов млекопитающих (Rowley A., et.al., 1997).
У водных животных, таких как двоякодышащие рыбы ( Neoceratodus forsteri , Lepidosiren paradoxa) адаптированных к наземной жизни, тромбоциты оставались большими и сохраняли большие ядра, при этом развивалась сложная система гранул для эффективной регуляции и поддержания коагуляции и иммунных функций, особенно во время резких изменений, связанных с периодом покоя или в засушливый сезон. Подобные морфологические ассоциации, обнаруженные в тромбоцитах других позвоночных, не относящихся к млекопитающим, были сохранены у земноводных, таких как зеленая лягушка ( Rana clamitans), рептилий, таких как крокодилы ( Crocodylus porosus ), и птиц, таких как курица (Jagadeeswaran P., et.al., 1999). Напротив, у млекопитающих и сумчатых произошли различные существенные эволюционные изменения в процессе эритроидного и тромбоцитарного развития и дифференцировки. Примеры включают эндоредупликацию мегакариоцитов и энуклеацию тромбоцитов, каждая из которых связана с уменьшением размера и улучшением функциональной биофизической морфологии.
Зародышевые клетки, в основном вовлеченные в гемостаз позвоночных животных, называются ядерными тромбоцитами чтобы отличать их от безъядерных тромбоцитов. Наличие безъядерных тромбоцитов и их полипептидных предшественников мегакариоцитов только в костном мозге и / или селезенке млекопитающих позволяет предположить, что некоторые важные особенности физиологии млекопитающих извлекают выгоду из этого уникального механизма для производства ядерных клеток из цитоплазмы большей клетки, по-видимому, основной целью поддержки гемостаза. Тем не менее, поскольку как монотремы , которые являются яйцекладающими млекопитающими, так и сумчатые, которые имеют неплацентарную беременность, обладают мегакариоцитами и тромбоцитами, очевидно, что ни живорождение, ни присутствие плаценты не объясняют эволюцию тромбоцитов у млекопитающих. Следовательно, биологическое преимущество, получаемое от образования безъядерных тромбоцитов полиплоидными мегакариоцитами, остается непонятным.
Известно, что у млекопитающих развились более сложные связи между тромбоцитами и другими иммунными клетками (нейтрофилами, моноцитами и макрофагами) для координации врожденного иммунитета и системы свертывания крови. С эволюционной точки зрения, направленной на защиту от вирусных угроз, адаптация тромбоцитов может быть эффективным способом улучшения реакции хозяина. Тромбоциты являются важными безъядерными элементами иммунной и гемостатической систем, которые имеют минимальный механизм синтеза нуклеотидов или белков для бесконечного производства новых генных продуктов; их способность воспроизводить вирусные частицы ограничена или была показана только для нескольких вирусов с одноцепочечной РНК, таких как вирус Денге и потенциально SARS-CoV-2.
Маленькие тромбоциты без ядер встречаются у представителей всех млекопитающих, так что, похоже, это особенность адаптации. У других позвоночных похожие функции гемостаза выполняются крупными зародышевыми тромбоцитами, которые отличаются более слабой реактивностью.
В дополнение к гомеостатическим функциям возможная роль тромбоцитов в иммунитете, такая как фагоцитоз, также была повышена у различных видов, включая костистых рыб и птиц. Однако механистическое понимание фагоцитарной способности этих тромбоцитов не млекопитающих и их влияния на клиренс патогенов долгое время вызывало споры из-за противоречивых экспериментальных данных. Например, морфологические наблюдения за тромбоцитами показали предполагаемый фагоцитоз микробов, при этом цито -ферментный анализ показал противоречивые результаты, подтверждающие эту идею, особенно у низших позвоночных, таких как костистые. Более того, кажущееся поглощение мишени подвергается сомнению, поскольку тромбоциты обладают разветвленной системой канальцев, открытой к внеклеточной поверхности, которая представляет собой сеть взаимосвязанных каналов клеточной мембраны, необходимых для расширения их клеточных поверхностей и высвобождения различных внутриклеточных компонентов, что делает тромбоцит способным улавливать частицы пассивным образом.
У млекопитающих тромбоциты экспрессируют различные иммунные молекулы, такие как Toll-подобные рецепторы и Fc-рецепторы для распознавания антигена. Экспрессия про-воспалительных белков, таких как IL-1β и CD40L, также отражает потенциальную иммуномодулирующую функцию тромбоцитов; однако их способность усваивать микробы также остается спорной из-за противоречивых данных.
Маленькие реактивные тромбоциты, появляющиеся в эволюции млекопитающих, позволяют запустить процесс формирования сгустков быстрее и предотвращают кровопотерю в случае травмы, но также увеличивают риск тромбоэмболических и сердечно-сосудистых заболеваний. Ежедневно человеческое тело образует около 1 × 10 тромбоцитов, которые вырабатываются в процессе дифференцировки, созревания и фрагментации цитоплазмы зрелых мегакариоцитов. Появление тромбоцитов является конечной стадией дифференцировки мегакариоцитов и сопровождается образованием прямых предшественников, называемых проплатлетами. Ядерные тромбоциты рассматриваются как терминально дифференцированные клетки, которые не способны к дальнейшему делению клеток. Однако, несмотря на отсутствие ядра, в тромбоцитах был подтвержден синтез и транскрипция митохондриальной ДНК и синтез белка, происходящий на основе мРНК из мегакариоцитов ( Saluk J., et.al., 2014).
Мегакариоциты являются высокоспециализированными клетками-предшественниками, которые продуцируют и выпускают тромбоциты в кровообращение. Понимание механизмов, с помощью которых мегакариоциты развиваются и дают начало тромбоцитам, очаровывает гематологов уже более века. Мегакариоциты происходят от плюрипотентных стволовых клеток и подвергаются множественной репликации ДНК без деления клеток в результате уникального процесса эндомитоза. После завершения эндомитоза полиплоидные мегакариоциты начинают фазу быстрого цитоплазматического расширения, характеризующуюся образованием сложной инвагинированной мембранной системы (IMS) и накоплением цитоплазматических белков и гранул, необходимых для функции тромбоцитов. На заключительных этапах развития цитоплазма мегакариоцитов претерпевает массивную реорганизацию в бислообразные цитоплазматические расширения.
Мегакариоциты (МК) возникают из плюрипотентных стволовых клеток в процессе клеточного деления, эндорепликации и созревания. Постепенно в цитоплазму МК проникает демаркационная мембранная система, предназначенная для разграничения предварительно сформированных тромбоцитов.
Одна из теорий заключается в том, что за переходом целых МК (или фрагментов) в кровоток следует их физический распад на тромбоциты в малом круге кровообращения. Вторая теория заключается в том, что МК производят бисерные процессы (проплаттеты), которые впоследствии разделяются на тромбоциты.
Функционально жизненно важные рецепторы тромбоцитов, такие как комплексы GPIIb-IIIa и GPIb-IX, являются специфическими маркерами линии МК. CD34 и CD4 присутствуют в предшественниках, но постепенно исчезают по мере созревания МК. Стромовые клетки выделяют цитокины, производят белки внеклеточного матрикса и опосредуют клеточные контактные взаимодействия, которые регулируют развитие МК. Исследования тромбопоэтина и использование моделей трансгенных мышей помогают уточнить биологию МК (Nurden P., et.al., 1997) .
Многие аспекты биологии и эволюции тромбоцитов остаются неизвестными, особенно в отношении их быстрой реакции на вирусы. Тромбоциты, возможно, эволюционировали вместе с вирусами для того, чтобы обеспечить быстрый ответ, но эта гипотеза остается неподтвержденной. Однако, было показано, что тромбоциты эндоцитируют вирусные частицы и активируются посредством передачи сигналов толл-подобных рецепторов (Banerjee M., et.al., 2020).
Эволюция тромбоцитов включает множество приспособлений для борьбы с вирусными инфекциями. В качестве одного из эволюционных механизмов борьбы с вирусными патогенами в костном мозге развились большие многоядерные мегакариоциты для защиты и обеспечения производства большого количества тромбоцитов. Адаптация к увеличению содержания DNA значительно увеличивает способность производить еще больше тромбоцитов с повышенной плотностью рецепторов; больше органелл на единицу клеточного объема; и больше протромботических белков для сокращения времени кровотечения или адаптации к вирусным угрозам. Кульминацией этого процесса является эволюция тромбоцитов млекопитающих и гемохориальная плацентация, поскольку млекопитающие являются единственной группой позвоночных, развившейся с высокоэффективной и уникальной системой гемостаза. Эволюция тромбоцитов позволила предотвратить быструю кровопотерю и повреждение от массивных травм или микротравм, что особенно важно, когда мозг более развит.
Генезис тромбоцитов человека хорошо изучен и в основном происходит путем экструзии мембраносвязанной, содержащей органеллы цитоплазмы в кровяное русло многочисленных пузырьков небольшого размера и объема в диапазоне от 9,7 до 12,8 фемтолитров или пластинчатых структур диаметром от 2,6 до 2,9 мкм. Этот субклеточный процесс образования пузырей происходит в основном в костном мозге с поверхности мегакариоцитов — самой большой клетки в организме (диаметром от 40 до 100 мкм). У людей покоящиеся тромбоциты представляют собой пластинчатые диски, предназначенные для максимизации плоскостно-поверхностных взаимодействий, которые из-за их небольшого размера и формы биофизически концентрируются в направлении внешних полей сдвига жидкости текущей крови. В совокупности эти свойства улучшают обнаружение и распознавание любых поражений сосудистой стенки, ран или опухолей. Если тромбоциты сталкиваются с базальными мембранами или лежащим в их основе матриксом, тромбоциты подвергаются рецептор-опосредованной активации. Эта активация связана с быстрыми изменениями цитоскелета и мембран с образованием филоподий, ведущих к адгезии .
Добавить комментарий