Стволовые клетки и кроветворение
Все клетки крови начинаются с одной «родительской» клетки. В этой теме — как образуется кровь, чем особенна стволовая клетка и в каком месте этого пути начинается лейкоз.
01Короткий ответ
02Простое объяснение
Представьте кроветворение как большое семейное древо. У его корня — стволовая клетка. С одной стороны, она создаёт свои новые копии, чтобы «семья» никогда не иссякла, с другой — даёт начало разным «детям», то есть видам клеток крови.
От корня отходят две большие ветви. Миелоидная ветвь даёт эритроциты, тромбоциты и часть лейкоцитов (нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы). Лимфоидная ветвь создаёт «разведчиков» иммунной системы — B-лимфоциты, T-лимфоциты и NK-клетки.
Вдоль каждой ветви клетки растут от «детства» к «взрослости». Клетки самой молодой стадии называются бластами. В норме бласты быстро созревают и становятся рабочими клетками, поэтому в здоровом костном мозге бластов мало, а в крови их обычно нет.
Организм регулирует скорость этой «фабрики» по потребности. Например, когда в крови не хватает кислорода, почки вырабатывают больше гормона эритропоэтина, и костный мозг производит больше эритроцитов; при инфекции ускоряется выработка нейтрофилов. Каждый день костный мозг создаёт миллиарды новых клеток крови.
При лейкозе на одной из молодых ветвей древа у клетки меняется ДНК. Её «потомки» не созревают, но размножаются без остановки. В зависимости от ветви лейкоз называют миелоидным или лимфоидным. Особая сила стволовых клеток важна и по другой причине: трансплантация стволовых клеток основана именно на их способности заново «заселять» костный мозг.
03Научное объяснение
Гемопоэз — процесс образования всех типов клеток крови из гемопоэтической стволовой клетки (ГСК). ГСК составляют очень небольшую долю клеток костного мозга. Их отличают два свойства: самообновление (при делении сохраняется как минимум одна стволовая копия) и мультипотентность (способность дать начало всем линиям крови). Большую часть времени многие стволовые клетки находятся в «покое» (не делятся) — это и защищает их, и сохраняет резерв.
Из ГСК образуются мультипотентные предшественники, а затем предшественники с более узкими возможностями: миелоидная стволовая клетка (предшественник) превращается в эритроциты, мегакариоциты (дающие тромбоциты), гранулоциты и моноциты; лимфоидная — в B-, T- и NK-клетки. На каждом этапе клетки размножаются и постепенно теряют способность делиться, специализируясь — от молодой стадии бласта к зрелой клетке.
Процесс управляется факторами роста (цитокинами): эритропоэтин (вырабатывается в основном почками) стимулирует эритроидную линию, тромбопоэтин — тромбоциты, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (Г-КСФ) — нейтрофилы, интерлейкины — лимфоидные клетки. Кроме того, «ниша» костного мозга — стромальные клетки, сосуды и межклеточное вещество — посылает стволовым клеткам сигналы и регулирует, оставаться им в покое или включаться в работу. Окончательное созревание T-лимфоцитов происходит в вилочковой железе (тимусе).
Лейкозы возникают из-за приобретённых генетических изменений на разных уровнях этой иерархии. При острых лейкозах дифференцировка блокирована и накапливаются незрелые бласты; при хронических клетки могут созревать дальше, но размножаются бесконтрольно. При некоторых лейкозах изменение возникает на уровне стволовой клетки или очень раннего предшественника (например, BCR::ABL1 при ХМЛ). Способность нормальных ГСК восстанавливать костный мозг — биологическая основа аллогенной и аутологичной трансплантации; стволовые клетки можно получить из костного мозга, периферической крови (после «выведения» в кровь специальными препаратами) или пуповинной крови.
04Что происходит в организме?
«Дом» стволовой клетки
Стволовые клетки живут в особых уголках костного мозга — нишах. Их окружают поддерживающие клетки, мелкие сосуды и сигнальные молекулы. Эта среда «подсказывает» стволовой клетке, когда оставаться в покое, а когда делиться. Размножаясь, лейкозные клетки нарушают и эту среду.
Две ветви, много потомков
От стволовой клетки отходят миелоидная и лимфоидная линии. Внутри каждой линии клетка проходит несколько стадий: бласт, затем промежуточные формы и, наконец, зрелая клетка. Например, нейтрофил начинается с миелобласта, а эритроцит в конце созревания теряет ядро и созревает в костном мозге около недели, прежде чем выйти в кровь.
Выход в кровь
Зрелые клетки выходят из костного мозга в кровь и выполняют свою работу: эритроциты переносят кислород, тромбоциты останавливают кровотечение, лейкоциты борются с инфекцией. Живут они по-разному — некоторые нейтрофилы меньше суток, эритроциты около 120 дней, — поэтому производство не останавливается никогда.
Где на этом пути начинается лейкоз?
Лейкоз обычно возникает в молодой клетке крови или предшественнике. Если изменение относится к миелоидной линии, развивается миелоидный лейкоз (ОМЛ, ХМЛ); если к лимфоидной — лимфоидный (ОЛЛ, ХЛЛ). По мере того как лейкозные клетки заполняют костный мозг, нормальные стволовые клетки и предшественники не могут производить достаточно здоровых клеток.
05От стволовой клетки до крови
Здоровое кроветворение проходит четыре главных шага и в итоге обеспечивает три основные задачи крови.
06«Семейное древо» клеток крови
| Клетка | Линия | Главная задача | Где созревает |
|---|---|---|---|
| Эритроцит | Миелоидная | Переносит кислород и углекислый газ | Костный мозг |
| Тромбоцит | Миелоидная | Помогает образованию сгустка | Отделяется от мегакариоцита в костном мозге |
| Нейтрофил | Миелоидная | Первая линия защиты от бактерий и грибов | Костный мозг |
| Эозинофил, базофил | Миелоидная | Аллергические реакции, защита от паразитов | Костный мозг |
| Моноцит / макрофаг | Миелоидная | «Поглощает» микробы и мёртвые клетки, направляет иммунный ответ | Образуется в костном мозге, в тканях становится макрофагом |
| B-лимфоцит | Лимфоидная | Вырабатывает антитела | Костный мозг, затем лимфоузлы |
| T-лимфоцит | Лимфоидная | Распознаёт заражённые клетки, управляет иммунным ответом | Начинает в костном мозге, созревает в тимусе |
| NK-клетка | Лимфоидная | Уничтожает заражённые вирусом и некоторые опухолевые клетки | Костный мозг |
* Схема упрощена: в реальной иерархии больше промежуточных стадий, а научные представления уточняются новыми исследованиями.
07Ключевые термины
- Гемопоэз
- Процесс образования клеток крови.
- Кроветворная стволовая клетка
- Клетка, способная к самообновлению и дающая начало всем видам клеток крови.
- Самообновление
- Сохранение стволовой клеткой своей копии при делении.
- Клетка-предшественник
- Молодая клетка, происходящая от стволовой, но способная превратиться в меньшее число линий.
- Миелоидная линия
- Путь развития, дающий эритроциты, тромбоциты, гранулоциты и моноциты.
- Лимфоидная линия
- Путь развития, дающий B-, T- и NK-клетки.
- Бласт
- Самая молодая, незрелая стадия клетки крови.
- Фактор роста
- Сигнальная молекула, стимулирующая деление и созревание клеток (например, эритропоэтин).
- Ниша
- Микросреда костного мозга, в которой живут и регулируются стволовые клетки.
- Трансплантация стволовых клеток
- Восстановление кроветворения путём пересадки здоровых стволовых клеток.
08Главное
- Все клетки крови начинаются с кроветворной стволовой клетки в костном мозге.
- Стволовая клетка умеет и самообновляться, и превращаться в разные клетки крови.
- Две главные линии: миелоидная (эритроциты, тромбоциты, гранулоциты, моноциты) и лимфоидная (B, T, NK).
- Клетки созревают шаг за шагом, начиная со стадии бласта, и затем выходят в кровь.
- Организм регулирует выработку крови факторами роста, например эритропоэтином.
- Лейкоз начинается на молодом этапе этого пути с изменения ДНК; по линии его называют миелоидным или лимфоидным.
- Способность стволовых клеток восстанавливать костный мозг лежит в основе трансплантации.
09Частые вопросы
Кроветворная стволовая клетка и эмбриональная — одно и то же?
Нет. Кроветворные стволовые клетки находятся в костном мозге взрослого человека и могут превращаться только в клетки крови. Эмбриональные стволовые клетки способны стать почти любой клеткой организма. При лечении лейкоза речь идёт о кроветворных стволовых клетках.
Если лейкоз начинается в стволовой клетке, значит, все мои стволовые клетки больны?
Обычно нет. Лейкоз — это клон, происходящий от изменения в одной клетке. В костном мозге остаются и нормальные стволовые клетки, но лейкозные клетки их вытесняют и ослабляют нормальное кроветворение. Когда лечение уменьшает лейкозный клон, нормальные клетки часто снова начинают работать, и показатели крови восстанавливаются.
Бывают ли здоровые бласты?
Да. Бласты — нормальная молодая стадия клеток крови, и в здоровом костном мозге их всегда немного. Проблема — когда бластов слишком много, они не созревают или в большом количестве появляются в крови. Что означают цифры, объяснит врач по вашим анализам.
Можно ли ускорить выработку клеток крови едой или витаминами?
Железо, витамин B12 и фолиевая кислота необходимы для нормального кроветворения, и их недостаток может вызвать анемию. Но при лейкозе низкие показатели крови связаны в основном с тем, что костный мозг заполнен лейкозными клетками, или с действием лечения; «исправить» это едой нельзя. Любые витамины и добавки согласуйте с врачом.
Нужна ли трансплантация стволовых клеток каждому человеку с лейкозом?
Нет. Трансплантацию рекомендуют только в определённых случаях — в зависимости от типа лейкоза, его генетических особенностей, ответа на лечение и общего состояния человека. Многие люди проходят лечение без трансплантации. Это решение ваш гематолог принимает вместе с вами.
Как стволовые клетки собирают из крови?
Стволовые клетки находятся в основном в костном мозге, но с помощью специальных препаратов их можно «вывести» в кровь и собрать процедурой, которая называется аферез. Иногда используют сам костный мозг или пуповинную кровь. Какой источник выбрать, решает трансплантационная команда.
10Вопросы врачу
Возьмите эти вопросы на приём. Сохранённые собираются на странице «Мои вопросы» и остаются только на этом устройстве.
Мой лейкоз начался со стволовых клеток или с более зрелых клеток?
Рассматривается ли для меня трансплантация стволовых клеток?
Сколько времени может понадобиться костному мозгу, чтобы снова производить кровь после лечения?
По каким анализам мы будем следить за восстановлением кроветворения?
12Источники
- National Cancer Institute (NCI). NCI Dictionary of Cancer Terms: hematopoietic stem cell
- National Cancer Institute (NCI). NCI Dictionary of Cancer Terms: myeloid stem cell
- National Cancer Institute (NCI). NCI Dictionary of Cancer Terms: lymphoid stem cell
- National Cancer Institute (NCI). NCI Dictionary of Cancer Terms: blast
- National Cancer Institute (NCI). Adult Acute Myeloid Leukemia Treatment (PDQ®) — Patient Version
- National Cancer Institute (NCI). Stem Cell Transplants in Cancer Treatment
- American Cancer Society. What Is Acute Myeloid Leukemia (AML)? — normal bone marrow, blood and lymph tissue
- American Society of Hematology (ASH). Blood Basics
- Cleveland Clinic. Bone Marrow: What It Is & Function
- MedlinePlus (U.S. National Library of Medicine). Blood
- National Human Genome Research Institute (NHGRI). Talking Glossary: Stem Cell