Регуляторы регенерации и фиброплазии

Репаративные процессы, разворачивающиеся по мере затухания острой фазы воспаления, сводятся к регенерации и фиброплазии.

Регенерация – это замена утраченных клеток клетками того же типа. Если полное количественное восстановление паренхиматозных клеток невозможно, например, при потере клеточных элементов, неспособных к делению, или при недостаточной регенерации паренхимы, то происходит восполнение дефекта паренхимы соединительной тканью, или фиброплазия. Формируется молодая, богатая регенерирующими высокопроницаемыми сосудами грануляционная ткань, переходящая затем в соединительную ткань, оставляющую рубец. Примером служит формирование очага кардиосклероза после инфаркта миокарда, плевральные шварты при туберкулёзе, клапанные пороки сердца после эндокардитов, глиоз после энцефалитов.

При репаративных процессах в очаге воспаления регенерация клеток и фиброплазия достигаются как через усиление пролиферации, так и путем ограничения апоптоза клеток.

Роль макрофагов в репарации столь значительна, что многие старые авторы отстаивали положение об их прямой трансформации в фибробласты (метаплазии). В настоящее время считается, что фибробласты, как и другие новообразованные соединительно-тканные клетки, происходят из полибластов, привлеченных и стимулированных макрофагальными медиаторами.

Классические представления отводили лимфоциту роль «трофоцита» в процессах тканевого роста. Ранние представления о лимфоцитах как транспортерах нуклеопротеидов, используемых тканью в качестве сырья для синтеза ДНК при пролиферации, сменились концепцией «трефонов» – гуморальных усилителей пролиферации, выделяемых лейкоцитами в культурах клеток. Хэберленду принадлежит мысль о «некрогормонах», то есть трефонах, выделяемых in vivo при воспалении и некрозе ткани и контролирующих репаративный процесс. Широко известны представления о «десмонах» – растворимых факторах, выделяемых в кровь и культуральную среду регенерирующей тканью или лимфоцитами и переносящих тканеспецифический митогенный стимул клеткам. Современная концепция репарации преобразовала эти идеи следующим образом;

> Стимуляторами пролиферации и ограничителями апоптоза выступают, главным образом, медиаторы воспаления, которые объединяют в сборную функциональную группу факторов роста, происходящих из макрофагов, лимфоцитов, тромбоцитов, фибробластов и других клеток (Таблица 10).

> Для самосборки тканей и их роста существенное значение имеют также распознающие адгезивные гликопротеиды межклеточного вещества. В отличие от факторов роста они фиксированы в тканях. Эти компоненты производятся макрофагами и фибробластами.

> Кроме этих регуляторов, известное участие в регуляции репаративных процессов принимают гликопротеидные тканеспецифические ингибиторы роста, получившие название кейлоны (от греческого «халао» – тормозить ход корабля), вырабатываемые эпидермисом, нейтрофилами и некоторыми другими клетками (эндотелий, эритроциты, гепатоциты, мезенхимальные клетки, в частности фибробласты). Наряду с кейлонами существуют сигналы обратного действия – антикейлоны (мезенхимальный, фибробластный, гранулоцитарный). Антикейлоны, впервые открытые в 1968 г. у гранулоцитов, рассматриваются как вытеснители или блокаторы кейлонов, а их баланс, нарушаемый в пользу антикейлонов при гибели клеток, как один из возможных регуляторов пролиферации в очагах воспаления. Однотипные клетки при пролиферации производят нарастающие количества водо-растворимого кейлона, действующего как аутокринный и паракринный тканеспецифический, кратковременный, обратимый ингибитор роста, влияющий на G₁, и G₂ фазы клеточного цикла. Вероятно, многие антикейлоны идентичны факторам роста, молекулярно идентифицированным в более поздних работах.

> Контактное ингибирование роста клеток достигается при распознавании некоторых компонентов межклеточного вещества. Спермин и спермидин способствуют разрыву заякоривающих клетки соединительной ткани связей между фибронектином и волокнистыми белками и активации роста фибробластов.

> Ингибиторами роста для некоторых клеток служат те же цитокины, которые стимулируют рост других: кахексин, трансформирующий фактор роста β и β-интерферон.

> Есть веские основания полагать, что стимулировать и ингибировать процессы роста способны и тканеспецифические иммуноглобулины против определенных клеточных рецепторов. По крайней мере, это совершенно твердо установлено для регуляции роста щитовидной железы и, весьма вероятно, для печени.

Современная концепция гормональной регуляции репаративных процессов признает, что системные эндокринные регуляторы, по-видимому, могут оказывать ограниченное как тканеспецифическое, так и универсальное влияние на процессы роста и анаболизма, вообще, и на регенерацию в очагах воспаления, в частности. Не подлежит сомнению трофическая роль тропных гормонов гипофиза для клеток, регулируемых им периферических эндокринных желез (например, ТТГ для тироцитов). Аденогипофиз выделяет в системный кровоток фактор роста фибробластов. Выделяется гипофизом и эритропоэтин. В 1983 г. обнаружено, что ангиотензин-2, в том числе и происходящий из гипоталамо-гипофизарной системы, стимулирует пролиферацию клеток клубочковой зоны коры надпочечников. Тимус является важным источником ростовых и дифференцированных гормонов для лимфоидных клеток. Среди них α-протимозин (16 kD), стимулирующий созревание Т-лимфоцитов-предшественников и усиливающий их ответ на митогены, тимопоэтин (5,562 kD) и спленопоэтин (5,6 kD), стимулирующие дифференцировку Т-клеток, цинк-содержащий гормон тимулин [он же сывороточный тимический фактор (876 D)], стимулирующий пролиферацию и дифференцировку Т-лимфоцитов-предшественников и не идентифицированный в чистом виде гипотетический стероидный гормон тимуса – тимостерин, способный восстанавливать до нормы количество лимфоцитов в крови безтимусных мышей. Химические ростовые гормоны вырабатываются, в основном, эпителием субкапсулярной и медуллярной зоны тимуса, спленопоэтин, как указывалось выше, производится также селезенкой.

 

Таблица 10

Характеристика ростовых факторов

 

Наименование	Источники	Характеристики	Мишени
Фактор роста эпидермиса	Эпителиальные клетки и железы эпителиального происхождения, петля Генле, макрофаги, фибробласты.	Полипептидный стимулятор пролиферации и созревания эпителиев и их производных, стимулирует ангиогенез.	Различные эпителиальные клетки, гепатоциты, фибробласты, производные кожи.
Трансформирующий фактор роста α	Макрофаги, фибробласты, эпителий, клетки саркомы.	50 аминокислот, гомологичен ЭФР, инициирует ангиогенез.	Те же.
Тромбоцитарный фактор роста	α-гранулы тромбоцитов, активированные макрофаги, фибробласты, гладкомышечные клетки, эндотелий.	Термостабильный катионный гетеродимерный гликопротеид с высоким содержанием цистеина и м.м. 30 kD. Стимулирует миграцию, пролиферацию и синтез белка в клетках-мишенях и обладает провоспалительным эффектом.	Гладкомышечные клетки, фибробласты, макрофаги, синовиоциты, стимулирует синтез коллагена.
Трансформирующий фактор роста β	Макрофаги, Т-лимфоциты, эндотелиоциты, тромбоциты, эпителий тимуса.	Стимулирует фиброгенез (стимуляция синтеза коллагена фибробластами, стимуляция синтеза фибронектина, ангиогенеза, хемоаттрактант фибробластов), ингибитор протеолиза. В малых концентрациях стимулирует пролиферацию через индукцию тромбоцитарного фактора роста, в больших – ингибирует рост, подавляя продукцию рецепторов тромбоцитарного фактора.	Фибробласты, лимфоциты, эпителий тимуса.
Инсулиноподобный фактор роста 1 (соматомедин С)	Печень, хондроциты, гипофиз, почки, желудочно-кишечный тракт, мышцы, кости.	Основной белок с м.м. 7, 6 kD, на 50% гомологичен проинсулину, секреция стимулируется СТГ и хорионическим пролактином, стимулирует рост тела в постнатальном периоде.	Хондроциты, остеобласты, мышцы, паренхиматозные органы и др.
Инсулиноподобный фактор роста 2 (соматомедин А)	Те же, что для инсулиноподобного фактора роста 1.	На 70% гомологичен ИПФР-1, стимулирует рост тела в эмбриональном периоде, действует и на первом году внеутробной жизни.	После первого года внеутробной жизни активен только в отношении зубных зачатков.
Фактор роста эндотелиоцитов (фактор сосудистой проницаемости)	Эндотелиоциты, макрофаги, тромбоциты, опухолевые клетки.	М.м. 46 kD, стимуляция пролиферации и повышение проницаемости.	Эндотелиоциты.
Фактор роста фибробластов (ФРФ) (кислый)	Активированные макрофаги, Т-лимфоциты (вырабатывают специализированный дермальный ФРФ).	Гепаринсвязывающий полипептид. фиксируется к базальным мембранам, стимулирует пролиферацию всех клеток сосудистой стенки, фактор ангиогенеза.	Эндотелий, фибробласты, гладкомышечные клетки, макрофаги.
Фактор роста фибробластов (основной)	Нервная ткань, гипофиз.	Близка к кислому фактору, менее значительная активность в ангиогенезе.	Микроглия, эндотелий, гладкомышечные клетки, фибробласты.
Фактор роста печени	Макрофаги, тромбоциты, мезенхимальные клетки.	Гликопротеид, м.м. 35-70 kD, рецептор для которого является продуктом онкогена met. Необходим для морфогенеза биполярного эпителия в печеночных балках и нефронах.	Гепатоциты, эпителий почки.
Эритропоэтин	Перитубулярные интерстициальные клетки почек. Макрофаги печени, аденогипофиз.	Гликопротеид с м.м. 30 kD, образуется в ответ на гипоксию и продукты гемолиза; стимулирует пролиферацию и ингибирует апоптоз.	Эритроидные клетки-предшественники, начиная с колониеобразующих в культуре клеток.
Гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий фактор	Активированные макрофаги, лимфоциты, фибробласты и эндотелиоциты в очагах воспаления и костном мозге.	Гликополипептид с м.м. 25-30 kD, 127 аминокислот, освобождается в ответ на стимуляцию лейкоцитов цитокинами, антигенами и эндотоксинами, а также из эндотелия и фибробластов. Стимулирует рост эритроидных, мегакариоцитарных клеток-предшественников 2 и 3 классов, эозинофильных - 2, 3 и 4; рост и дифференцировку миелоидных и моноцитарных клеток-предшественников 2-5 классов. Стимулирует локальную пролиферацию макрофагов в очагах воспаления, усиливает их функции.	Гемопоэтические клетки-предшественники, лейкоциты в очагах воспаления.
Гранулоцитарный колониестимулирующий фактор	Активированные макрофаги, фибробласты в очагах воспаления и стромальные клетки в костном мозге.	Среднемолекулярный гликопротеид. Стимулятор пролиферации и дифференцировки и ингибитор апоптоза нейтрофилов, активатор их функций в очагах воспаления.	Гемопоэтические клетки-предшественники, лейкоциты в очагах воспаления.
Макрофагальный колониестимулируюший фактор	Активированные макрофаги, фибробласты, эндотелиоциты в очагах воспаления, стромальные клетки тимуса и костного мозга.	Среднемолекулярный гликопротеид. Стимулятор пролиферации и дифференцировки и ингибитор апоптоза моноцитов, активатор их функций и пролиферации в очагах воспаления.	Гемопоэтические клетки-предшественники, лейкоциты в очагах воспаления.
Интерлейкин-1	Макрофаги, фибробласты, дендритические клетки, тимоциты, эндотелиоциты, астроциты.	Гликопротеид с м.м. 17 kD. 152 аминокислотных остатка, стимулятор размножения мультипотентных стволовых клеток и лимфопоэза. Стимулятор фиброгенеза.	Мультипотентные стволовые клетки, миелоидные полустволовые, лимфоидные клетки-предшественники 2-3 классов, фибробласты.
Интерлейкин-2	Т-лимфоциты.	Стимулятор пролиферации.	Стимулированные Т-лимфоциты.
Интерлейкин-3	Тучные клетки, Т-лимфоциты, микроглия.	Гликопротеид с м.м. 28-31 kD, 152 аминокислотных остатка, стимулирующий фактор для всех нелимфоидных клеток-предшественников, стимулятор пролиферации и дифференцировки.	Базофильные предшественники 2-5 классов, тучные клетки, остальные миелоидные предшественники 2-4 классов.
Интерлейкин-4	Т-лимфоциты, особенно хелперы 2-го типа.	Гликопротеид с м.м. 17-20 kD. 112 аминокислотных остатков, стимулятор роста и изотипической селекции в пользу В-клеток, вырабатывающих гомоцитотропные антитела. Стимуляция фиброгенеза.	Пре- В-лимфоциты, протимоциты, тучные клетки, клетки базофильного ряда 3- 5 классов, фибробласты.
Интерлейкин-5	Т-клетки, особенно, хелперы 1-го типа.	Протеид с м.м. 45 kD 112 аминокислотных остатков, стимулятор роста и изотипической селекции в пользу В-клеток, производящих IgA.	Пре-В-лимфоциты, колониеобразующие предшественники эозинофилов.
Интерлейкин-6	Макрофаги, лимфоциты. Эндотелий. Фибробласты, эпителий тимуса.	Протеид с м.м. 26 kD, 184 аминокислотных остатка. Стимулятор роста и днфференцировки В- и Т-лимфоцитов, полустволовых миелоидных клеток. Стимулирует синтез белков острой фазы в печени.	В- и Т-лимфоциты (по 3 класс включительно), полу стволовые миелоидные предшественники, гепатоциты.
Интерлейкин-7	Стромальные клетки костного мозга.	Полипептид – стимулятор пролиферации лимфоидных клеток.	В- и Т-лимфоидные стволовые клетки.
Кахектин (он же фактор некроза опухолей)	Макрофаги, активированные Т- и В-лимфоциты, эндотелий, микроглия, адипоциты, тимоциты.	Полипептид с м.м. 17 (α) 20-25 kD (β). Хемоаттрактант и стимулятор роста и белкового синтеза фибробластов.	Стимуляция ангиогенеза, роста синовиоцитов, слияния макрофагов гранулём в гигантские многоядерные клетки. Стимулятор фиброгенеза.
Фактор роста нервов	Нейроны, глия.	Пролиферация, рост, морфогенез, стимуляция миграции.	Симпатические нейроны, эпителий почки, хемоаттрактант гранулоцитов.

 

Широко известно ростостимулирующее действие гипофизарного соматотропина, в частности, на фибробласты, остеобласты, хондроциты, мышечную ткань и паренхиматозные клетки внутренних органов. Эти эффекты особенно значительны в первые два десятилетия внеутробной жизни. Секреция соматотропина аденогипофизом стимулируется соматокринином гипоталамуса и тормозится гипоталамическим соматостатином. Уровень гормона роста и зависимых от него соматомединов в крови служит фактором обратной связи для гипоталамической секреции соматокринина и соматостатина. Гормон роста выделяется импульсно, периодами по 10-15 мин, в основном ночью. Помимо прямого стимулирующего эффекта на пролиферацию клеток и анаболизм аминокислот, соматотропин опосредует свое действие через систему синтезируемых под его влиянием инсулиноподобных факторов роста – соматомединов и инсулина.

Соматомедины – инсулиноподобный фактор роста 1 (он же соматомедин С, или ИРФ-1) и инсулиноподобный фактор роста 2 (или ИРФ-2, близкий к охарактеризованному некоторыми авторами соматомедину А), опосредуют стимулирующий эффект гормона роста на орнитиндекарбоксилазу различных тканей, вырабатывающую непосредственные митогенные агенты полиамины. ИРФ-1 активен после первого года внеутробной жизни с максимумом в период пубертатного ростового скачка и некоторым снижением после 50 лет. ИРФ-2 действует только внутриутробно и на первом году жизни, сохраняя некоторое влияние в последующем онтогенезе лишь в отношении роста зубов. Как соматомедины, так и сам гормон роста связываются и инактивируются плазменными транспортными белками, которых существует не менее семи. Инсулин, для которого соматотропин служит тропным гормоном, а соматостатин – ингибитором секреции, оказывает отсроченные морфогенетические эффекты на фибробласты и другие клетки, причем, частично, через рецепторы ИФР. Показано, что и гормон роста, и инсулин способствуют образованию грануляционной ткани при воспалении.

Рост и заживление ран не тканеспецифически стимулируется и тироидными гормонами, которые контролируют работу аминоацил-т-РНК-синтетаз, стимулируют секрецию соматотропина и опосредуют эффекты ИФР-1 на хондроциты. При отсутствии тироидных гормонов торможение ростовых процессов выра­жено сильнее, чем при дефиците соматотропина.

Многие процессы регенерации при повреждении, например, сращение переломов, стимулируются половыми стероидами. Андрогены сильно способствуют росту костей, хрящей и мышц, а эстрогены обладают стимулирующим эффектом при малых и тормозящим – при больших концентрациях.

Стероидные гормоны, вообще, могут оказывать как пролиферативные, так и апоптогенные эффекты во многих тканях, действуя на цис-регуляторные элементы хроматина клеток-мишеней после проникновения в комплексе с цитоплазматическими рецепторами в их ядра. Классическими экспериментами Г. Селье была установлена стимуляция репаративных процессов при повреждении минералокортикоидами и гормоном роста и их торможение под действием глюкокортикоидов.

В отношении нервного контроля регенерации можно отметить, что подобные влияния наиболее значимы, когда они опосредованы через местные факторы роста либо через гипоталамо-гипофизарную систему. Поражение вентромедиального гипоталамуса и гипофиза ослабляет интенсивность роста и ухудшает регенерацию. Показано, что высшие нервные структуры оказывают действие на секрецию соматокринина и соматостатина, а последний даже вырабатывается в коре больших полушарий (как, впрочем, и в островках Лангерганса, дуоденальных апудоцитах и многих других органах).

Хотя достоверно показано, что денервация ран и очагов воспаления радикально не отражается на процессах репарации, а десимпатизация даже ускоряет заживление ран, нельзя отрицать, что некоторые факторы роста могут транспортироваться по нервам путем аксонального тока и оказывать влияние на пролиферативные процессы в нервной ткани (фактор роста нервов). Существует концепция взаимных трофических влияний иннервируемого органа и нервной системы посредством пептидных трофогенов, распространяющихся по аксонам ортоградно и ретроградно. Денервация органа способствует растормаживанию в нем эмбриональных генетических программ, включая активацию пролиферации. Еще хирург наполеоновской армии Ляррей отметил, что «...раны победителей заживают быстрее». С развитием учения о стрессе стало ясно, что этот эффект во многом определяется продукцией эндогенных опиатов и их иммуномодулирующим и регенераторным действием.

Регенеративный потенциал при воспалении сильно зависит от возраста. По классическим данным, кожная травматическая рана площадью 20 см² заживает в 5 раз быстрее у десятилетнего пациента, чем у шестидесятилетнего. Уровень обеспеченности организма незаменимыми компонентами диеты, особенно, витаминами А, С, белком, в частности, аргинином, стимулирующим продукцию ряда трофических факторов, и метионином, инициирующим трансляцию, а для ряда тканей – витамином В и кальцием, заметно отражается на ходе репарации при воспалении.

Не исключено, что определенную роль при стимуляции регенерации могут иметь чисто физические сигналы – от передачи механического напряжения при контакте клеток, что неоднократно демонстрировалось на примере зависимости регенерации костей от действия физиологических нагрузок, и вплоть до влияния митогенного ультрафиолетового клеточного излучения диапазона 190-320 нм.

Итак, хотя некоторые ростовые сигналы универсально производятся различными клетками, а другие имеют центральное нейроэндокринное происхождение, следует еще раз подчеркнуть, что главным источником факторов роста и других регуляторов пролиферации выступают местные макрофаги. Именно эти долгоживущие участники воспаления, фагоцитируя и синтезируя противовоспалительные медиаторы, способствуют расчистке строительной площадки для капитального ремонта повреждений. Они выделяют активаторы и хемоаттрактанты для главных эффекторов фиброплазии и восстановителей соединительно-тканной стромы органа – фибробластов. Многие эффекты макрофагов на процессы пролиферации увязаны с лимфокин-продуцирующей активностью Т-лимфоцитов. Спектр цитокинов, выделяемых при воспалении, способен определять тип и интенсивность системных пролиферативных реакций в костном мозге при воспалениях, отчего, в частности, зависит характер сопровождающего воспаление лейкоцитоза. В-лимфоциты могут участвовать в регуляции роста через росторегулирующие аутоантитела.

Под действием ростовых факторов происходят вовлечение стабильных находящихся в G₀-фазе клеток в митотический цикл или реже – укорочение цикла лабильных клеток.

Часть ростовых факторов непосредственно стимулирует синтез ДНК в клетках-мишенях (факторы прогрессии), другие необходимы для подготовки в клетке рецепторов и ферментов, отвечающих на факторы прогрессии (факторы компетентности). Ростовой эффект обеспечивается сочетанным действием факторов обеих групп. Важно отметить, что внутриядерные программы, активируемые ростовыми факторами, могут срабатывать и неспецифически – при некробиозе клеток, гибнущих от ишемии, излучения и других повреждении.

Общий механизм действия ростовых факторов изучен подробно. Ростовые факторы взаимодействуют с цитоплазматическими рецепторами клеток-мишеней. После связывания происходит димеризация и стимулируется тирозинкиназная активность этих рецепторов. Если даже сам рецептор не является тирозинкиназой, он мобилизует тирозинкиназы внутри клетки. Тирозинкиназы фосфорилируют и, таким образом, «включают» целый ряд внутриклеточных белков, ответственных за пролиферацию клетки. Эти белки содержат пептид-гомолог онкобелка SRC, позволяющий им взаимодействовать с фосфотирозином активированных рецепторов.

В результате происходит активация каскада, состоящего из нескольких групп белков. Среди них:

1. Фосфолипаза Сγ, запускающая продукцию инозит-фосфатидов и диацилглицерина с последующим освобождением из депо в цитозоль кальция и активацией серин-треониновой протеинкиназы С. Протеинкиназа, в свою очередь, активирует другие внутриклеточные мишени.

2. ГТФ-связывающие белки, в том числе, G-белки и RAS-белки. Последние под влиянием активных рецепторов факторов роста переходят из ГДФ-связывающей в ГТФ-связывающую форму и стимулируют фосфорилирование митоген-активируемых протеинкиназ (МАПК). Каскад RAS-зависимого фосфорилирования может обрываться под влиянием белка-активатора ГТФ-азы, зависящего от некоторых ингибиторов пролиферации, в частности, антионкогенов.

3. Белок Raf-1 – серин-треониновая протеинкиназа, включаемая как непосредственно активными рецепторами факторов роста, так и белками семейства RAS. Этот фермент дополняет и расширяет спектр активируемых МАПК.

4. Семейство энзимов МАПК продолжает каскад фосфорилирования, вовлекая в него ядерные факторы транскрипции, белки-продукты клеточных протоонкогенов myc, fos и jun. Последние известны как «немедленные гены предранней реакции». Данные гены срабатывают в самом начале G₁-фазы, и их активация не требует синтеза белка de novo. Позже, в середине G₁ и при переходе к S-фазе, сигналы МАПК и кальмодулин-кальциевых посредников из цитоплазмы активируют поздние гены регуляции роста. Для их активации требуется синтез белка de novo.

5. Белки-циклины представляют собой те члены каскада фосфорилирования, которые контролируют финальные стадии процесса. В фазе G₁ значительно увеличивается концентрация циклинов Е и D. Они формируют комплекс с протеинкиназой СDС2, запускающей репликацию ДНК. В фазе G₂ индуцируется синтез циклинов В, которые связывают СDС2, активируют ее и запускают митоз. После завершения митоза циклины разрушаются, и дочерние клетки должны вновь накопить их в достаточном количестве, чтобы повторить митоз. СDС2 имеет в клетке множественные мишени – белки, вовлекаемые в митоз, в частности, компоненты митотического веретена. Работа циклинов нарушается под воздействием антионкогена р53, а также антициклиновых антител и стимулируется онкогеном bcl-1.

Наиболее значимые факторы роста представлены в таблице 10. Для цитокинов из всего разнообразия подконтрольных им реакций обозначены только эффекты, связанные с пролиферацией и дифференцировкой.

Пролиферативные процессы при воспалении нацелены на воссоздание определенной архитектуры ткани. Эта технологическая задача требует тонких молекулярных взаимодействий размножающихся клеток с белками и полисахаридами межклеточного вещества. Некоторые из подобных взаимодействий выяснены и обсуждаются в разделе «Воссоздание ткани при регенерации и фиброплазии».