ОНТОГЕНЕЗ, 2014, том 45, № 5, с. 314-325
== ОБЗОРЫ
УДК 57.017.35;577.29;57.086.833;617.7
РЕГЕНЕРАЦИЯ И ФИБРОЗ ТКАНЕЙ РОГОВИЦЫ
© 2014 г. В. Н. Симирский
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН 119334, Москва, ул. Вавилова, д. 26 E-mail: simir@mail.ru Поступила в редакцию 16.01.14 г.
Окончательный вариант получен 06.05.14 г.
В настоящем обзоре рассмотрены особенности регенерации тканей роговицы и ее нарушения, приводящие к развитию фиброзов. Приведены данные о наличии в тканях роговицы (эпителий, эндотелий, строма) пула стволовых (клоногенных) клеток, которые могут служить источником регенерации этих тканей при повреждении или различных заболеваниях. Рассмотрены основные стадии регенерации тканей роговицы и ее нарушения, которые приводят к опережающей пролиферации миофибробластов и секреции внеклеточного матрикса в области раны и, в конечном счете, вызывают формирование соединительнотканного рубца и помутнение роговицы. Особое внимание уделено успехам трансляционной медицины в лечении фиброзов тканей роговицы. Наиболее перспективными являются методы клеточной терапии, направленные на восстановление пула стволовых клеток тканей роговицы. Дополнительные возможности дает генная терапия, одной из основных целей которой является подавление пролиферации миофибробластов, ответственных за развитие фиброза.
Ключевые слова: регенерация тканей, фиброз, эпителиально-мезенхимный переход, миофибробла-сты, стволовая клетка, клеточная и генная терапия, роговица.
DOI: 10.7868/S0475145014050097
Способность тканей глаза к регенерации (заживление раны и/или восстановление утраченной части) широко распространена среди позвоночных, хотя степень регенерации тканей варьирует от вида к виду. У низших позвоночных, таких как тритоны, могут регенерировать практически все ткани глаза (Миташов, 2005; Григорян и др., 2013). У высших позвоночных регенерационные потенции тканей более ограничены и не всегда обеспечивают их полноценное восстановление (Barbosa-Sabanero et al., 2012).
Роговица — передний прозрачный бессосудистый отдел глазного яблока, который является непосредственным продолжением склеры. Роговица высших позвоночных состоит из пяти основных слоев (Лопашов, Строева, 1963; Secker etal., 2008) (рис. 1): 1) эпителий роговицы (ЭР) — многослойный слущивающийся эпителий, который формирует передний поверхностный слой роговицы; 2) боуменова мембрана — базальная мембрана, подстилающая ЭР; 3) строма роговицы — наиболее толстый слой роговицы (составляет 85— 90% ее толщины). Она образована множеством параллельно расположенных пластинок из кол-лагеновых фибрилл, между которыми расположены кератоциты — фибробластоподобные клетки, секретирующие внеклеточный матрикс; 4) десце-
метова мембрана — задняя пограничная пластинка, расположена непосредственно под стромой. Она продуцируется клетками эндотелия роговицы и является его базальной мембраной; 5) эндотелий роговицы — однослойный плоский эпителий. Он выстилает заднюю поверхность роговицы и непосредственно контактирует с водянистой влагой передней камеры глаза.
Таким образом, роговица сформирована тремя основными типами тканей: ЭР, строма и эндотелий роговицы. ЭР активно обновляется за счет пролиферации клеток базального слоя, которые дифференцируются и смещаются в поверхностные слои, восполняя потерю клеток с поверхности роговицы (Collinson et al., 2002). Кератоциты стромы и клетки эндотелия роговицы, напротив, находятся в стадии G1 клеточного цикла и делятся очень редко (Joyce, 2003, DelMonte et al., 2011). Повреждение роговицы стимулирует эпителиаль-но-мезенхимный переход клеток ЭР и активирует пролиферацию кератоцитов стромы и клеток эндотелия роговицы (Kawashima et al., 2010; DelMonte et al., 2011; Joyce, 2012). Ключевым моментом в нарушении нормальной регенерации и развитии фиброза является появление миофибробластов, которые активно секретируют внеклеточный мат-рикс (коллаген, фибронектин и другие) и препят-
ДМ — десцеметова мембрана БМ — боуменова мембрана
Э — эндотелий Ст — строма Эп — эпителий
Рис. 1. Строение роговицы глаза человека (модифицировано по Seeker et al., 2008).
ствуют восстановлению эпителия, формируя соединительнотканный рубец в месте повреждения ткани (Saika et al., 2008; Wilson, 2012). Такие процессы могут развиваться практически в любом органе после его повреждения (механического или вследствие воздействия неблагоприятных факторов, таких как гипоксия, ультрафиолетовое излучение, инфекции и др.), а также сопровождают многие хронические аутоиммунные заболевания (ксеродерма, ревматоидный артрит, миело-фиброзы, язвенный колит). Нарушению нормальной регенерации ткани способствуют также хроническое воспаление, изменение проницаемости сосудов и неоваскуляризация (патологическое разрастание сосудов).
В настоящем обзоре рассмотрены особенности регенерации тканей роговицы высших позвоночных и ее нарушения, приводящие к развитию фиброзов. Особое внимание уделено современным подходам к лечению фиброзов с применением методов клеточной и генной терапии.
КЛЕТОЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ
РЕГЕНЕРАЦИИ РОГОВИЦЫ
Роговица позвоночных сформирована тремя основными типами клеток (клетки ЭР, кератоци-ты стромы, клетки эндотелия) и внеклеточным
матриксом. Из них только ЭР содержит активно пролиферирующие клетки, а кератоциты и клетки эндотелия в норме практически не делятся (DelMonte et al., 2011).
ЭР выполняет защитную функцию и участвует в поддержании прозрачности роговицы. Помимо активно пролиферирующих клоногенных клеток, локализованных в базальном слое ЭР, на периферии роговицы обнаружены клетки, обладающие свойствами стволовых клеток (СК). Эти клетки локализованы в зоне лимба на границе с конъюк-тивой (Li et al., 2007). Они располагаются в ба-зальном слое ЭР между гребневидными складками конъюктивы (структура, известная под названием палисады Вогта) в виде небольших групп клеток (рис. 2). В СК лимба отсутствуют цитоке-ратины 3 и 12, инволукрин и коннексин 43, специфичные для дифференцированных клеток ЭР (Secker et al., 2008). В качестве маркеров СК лимба предложены АТФ-связывающий кассетный транспортер G2 (ATP-binding cassette sub-family G member 2, ABCG2), p63, 1-енолаза, цитокератин 15, а9-интегрин и другие белки (Bian et al., 2010; Mort et al., 2012). Пролиферативная активность СК низка, после ассиметричного деления они дают начало переходным пролиферирующим клеткам, которые смещаются по направлению к центру роговицы, восполняя пул клоногенных базальных
Рис. 2. Схема ниши лимбальных стволовых клеток эпителия роговицы (модифицировано по Li е! а1., 2007).
КЛ: клетки Лангерганса рВРК: ранние временно ___ _ _ размножающиеся клетки
- БМ: базальная мембрана Ск: стволовые клетки Н: нерв - МК: мезенхимные клетки
КС: кровеносный сосуд и БоМ: Боуменова мембрана
клеток ЭР. Палисады сильно пигментированы из-за присутствия меланоцитов (Higa et al., 2005) и ин-фильтрованы клетками Лангерганса (Baum, 1970) и T-лимфоцитами ((Vantrappen et al., 1985). В этой области строма роговицы богата кровеносными сосудами. Предполагают, что палисады служат нишей для СК лимба и создают условия для сохранения их в недифференцированном состоянии. Ряд данных указывает на то, что СК распределены по всей поверхности ЭР, локализуясь в его базальном слое, однако их концентрация максимальна в зоне лимба (Majo et al., 2008).
В строме роговицы локализованы кератоциты, которые секретируют коллагены типа I, III и V, кератансульфат и другие компоненты стромы (Hassell, 2010). Среди этих клеток также обнаружены клетки со свойствами СК. Они находятся в фазе G0 клеточного цикла, но способны к продолжительной пролиферации при регенерации стро-мы роговицы (Du et al., 2005; West-Mays, Dwivedi, 2006; Di Girolamo, 2011).
Клетки эндотелия роговицы, которые формируют внутренний слой роговицы, поддерживают необходимую степень дегидратации стромы роговицы и обеспечивают ее прозрачность (DelMonte et al., 2011). В эндотелии роговицы СК локализованы на периферии (на границе с трабекулярной сетью) в виде небольших скоплений вокруг телец Генле-Гассана (выступы периферической части задней пограничной пластинки роговицы в переднюю камеру глаза) (He et al., 2012). Эти клетки пролиферируют очень редко, после пролиферации постепенно смещаются к центру роговицы, формируя радиальные ряды клеток на ее периферии.
Таким образом, для всех трех типов клеток роговицы обнаружены клетки со свойствами СК,
которые поддерживают клеточный гомеостаз всех слоев роговицы.
ОСНОВНЫЕ СТАДИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ТКАНЕЙ
Регенерация большинства эпителиальных тканей протекает в несколько стадий (Wynn, 2011). Она начинается с высвобождения медиаторов воспаления (IL-1, IL-6, TNF) поврежденными эпителиальными клетками (рис. 3). Эти медиаторы запускают каскад коагуляции крови и агрегацию тромбоцитов с образованием тромбов. Агрегация и дегрануляция (высвобождение а-гранул) тромбоцитов ведут к расширению кровеносных сосудов и повышению проницаемости их стенок. На второй стадии тромбоциты секретируют фактор TGFß и тромбоцитарный фактор роста (platelet-derived growth factor, PDGF), который способствует миграции в область раны лейкоцитов (сначала нейтрофилов, а позже — макрофагов и T-клеток). Активированные макрофаги и нейтрофилы удаляют отмершие клетки и инфицирующие микроорганизмы. На третьей стадии лейкоциты секре-тируют целый ряд цитокинов (IL-1ß, TNF, IL-13, TGF ß), которые усиливают воспалительную реакцию и стимулируют миграцию фибробластов в область повреждения ткани и их трансформацию в миофибробласты. И наконец, на четвертой стадии миофибробласты секретируют внеклеточный матрикс и, сокращаясь, обеспечивают смыкание краев раны (Wynn, 2011). Клетки эпителия про-лиферируют и мигрируют по поверхности внеклеточного матрикса, восстанавливая целостность ткани. При нарушении процесса регенерации на какой-либо из этих стадий или продолжительном
Травма
Медиаторы воспаления
Эпителиальная
Активация тромбоцитов Макрофаг
Миграция
Нейтрофил Фиброциты КМ
IL-1ß TGF-ß IL-13 TNF
Избыточное отложение ВКМ
(Аобразование (^миграция клеток (-^миграция, пролиферация (4)ре
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.