УДК 57.085.23
В.А. Кульчицкий, В.Н. Калюнов, А.Н. Чернов
СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: ESSE AUT NON ESSE
Институт физиологии НАН Беларуси
Анализируются перспективы применения стволовых клеток в восстановительной медицине. Критически оценивается пропаганда использования стволовых клеток с целью лечения и омоложения, проводимая частными бизнес-центрами в порядке финансовой наживы в ущерб здоровью и полновесной научной идеи.
Ключевые слова: стволовые клетки, пролиферация, дифференциация, трансформация
Известие об открытии стволовых клеток (СК) породило бурю надежд и кривотолков. Эта новость поколебала одну из догм нейробиологии относительно того, что мозг человека не обладает потенциалом к постоянному регулируемому самообновлению [1].
Стволовые клетки появляются на стадии зародышевого развития. Это шаровидные образования, покрытые трофэктодермой, от которой на 5-е сутки начинает отделяться внутренняя клеточная масса в виде эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Они являются прородителями всех 250 клеточных типов взрослого человеческого организма. Поэтому ЭСК называют тотипотентными. Вся генетическая информация, заложенная в их ядрах, находится как бы на «нулевой» точке отсчёта. Ни одна программа, ответственная за размножение и спецификацию, ещё не приступила к своей реализации. Во-вторых, ЭСК способны осуществлять деление по двоякому варианту – симметричному и асимметричному. В-третьих, для ЭКС характерна клоногенность – способность из одной единицы формировать колонии гено- и фенотипически сходных «собратьев». В-четвёртых, наличие короткой G1 фазы клеточного цикла деления. Наконец, в-пятых, выраженная активность фермента теломеразы, стоящей на страже целостности теломеров, утрачиваемых при каждой репликации, что в итоге приводит к потере зрелыми клетками способности к размножению. Приведённые черты позволяют ЭСК сохранять свою жизнедеятельность в лабораторных условиях до 20 лет, выдерживая от 300 (у человека) до 420 (у мышей) пересевов. Выполнив своё предназначение по конструированию развивающегося организма, СК продолжают сохраняться практически во всех его органах и в зрелости, как рассеянная среди специализированных элементов популяция. Они именуются региональными СК взрослого организма (СКВО), чьи возможности в продукции органоспецифических фенотипов определяются территорией залегания, то есть присущими каждой ткани местными средовыми факторами, в первую очередь – ростовыми. Функции СКВО заключаются в поддержании клеточного гомеостазиса, его количественного и качественного состава и, прежде всего, относительно непродолжительно живущих тканей, таких, как кровь, эпидермис, эпителий слизистой оболочки кишечника и пр. [1]. Однако численность СКВО мала и в лучшем случае достигает 0,01 %.
Предполагается, что в ЦНС взрослых особей роль СК выполняют предшественники астроцитов, генерирующие нейрональные КП [2]. С возрастом нейрогенез падает, но продолжается даже в стареющем мозге. Однако из-за количественной ограниченности СК он не справляется с восполнением естественно отмирающих нейроцитов, а тем более гибнущих по патологическим причинам. Следует заметить, что СКВО, сохраняя черты, присущие ЭСК, оказываются блуждающими «путешественниками» и за 4–6 суток после имплантации преодолевают огромную для их габаритов дистанцию в 3-4 мм, целеустремлённо направляясь к поврежденному участку. Исходя из описанных свойств СК, большинство учёных считает бесспорным, что за ними стоит будущее медицины, прежде всего как уникального инструмента структурно-функциональной репарации пострадавших тканей, определяющего облик здравоохранения XXI века.
Откуда же черпаются эти столь привлекательные клетки? Источниками служат: абортивный материал, плацентарно-пуповинная кровь новорожденных, кожа, кишечник, пульпа зубов, жировая ткань живота, слизистая оболочка полости носа, фрагменты боковых желудочков мозга и зубчатой извилины гиппокампа, забираемые при оперативных вмешательствах, роговица глаза, волосяные луковицы, а также ткань зародыша после искусственного оплодотворения яйцеклетки. Абортивный материал помимо этических, морально-нравственных и религиозных нюансов несёт в себе опасность заражения пациентов патогенными вирусами простого герпеса, инфекционного гепатита, СПИДа и др.
Хотя приведенная информация выглядит довольно убедительной, большинство ученых небезосновательно считает, что изучение феномена СК находится на инициальном, поисковом этапе. Многое в этой области сохраняет свою неясность, неопределенность, как в технологическом, так и в теоретическом плане. До определенного времени считалось, что собственные ЭСК организма находятся в иммуннопревилигированном положении благодаря низкому содержанию главных антигенов гистосовместимости (в частности МНС-I,-II). Они служат причиной отторжения трансплантата как чужеродного субстрата, атакуемого аллогенными Т-лимфоцитами. Однако такой статус нельзя признать абсолютным. Опыты на аллогенных мышах BALB/c, которым в область искусственного инфаркта помещались СК, выявили признаки иммуннонеприятия: обильное сосредоточение Т-лимфоцитов вокруг пораженной зоны и клеточных отростков внутри нее, максимальное количество продуктов гена MHC-I, выраженный титр аллоантигенов, сочетаемый с возросшим производством воспалительных цитокинов: интерлейкина-1 (IL-1), фактора некроза опухоли γ1 (TNF γ1) и др.
Перечень опасений можно было бы продолжить. Нераскрытие их, как и отсутствие чёткой фундаментальной базы, вынуждают с осторожностью относиться к рекомендации СК-терапии для широкого внедрения в клиническую практику и рассматривать её как лечебную панацею. Но, пожалуй, наибольшим тормозом к тому служит вероятность трансформации собственных и донорских СК в злокачественные при их пересадке, ранжируемой в пределах 30–60 % случаев [3]. Как все делящиеся клетки, эмбриональные стволовые претерпевают 109 спонтанных мутаций на 1 нуклеотид. Неправильные варианты их в организме устраняются иммунными «стражами» путём апоптоза. В культуре же этого не происходит и 8 из 9 линий ЭСК на поздних этапах выращивания несут в себе генетические альтерации, некоторые из которых типичны для малигнантного перерождения [4], наступающего по достижении ими 104 степени.
Приведённые факты и растущее число других экспериментальных наблюдений послужили основой к рождению гипотезы происхождения рака из канцерных СK – CSCs (cancer stem cells), обнаруживаемых как в нормальных, так и в опухолевых тканях в качестве минорной (0,01–5 %) фракции, способной к инициации и поддержанию неопластической прогрессии. Причём во многих отношениях (морфология, метаболизм, манера поведения, характер генной экспрессии, антигенный спектр) они разделяют подобие с обычными СК, крайне затрудняя их детектирование [3–6]. Те и другие самообновляемы, клоногенны, иммортализованы, мультипотентны и инвазивны. Те и другие заключают в себе раковый эмбриональный α-фетопротеин и раковый эмбриональный антиген. Те и другие демонстрируют высокую активность системы репарации ДНК и белков переносчиков, относимых к семейству АВС (АВСА -1, -2, -3, АВСВ-1, АВСЕ-1, АВСG-2 и др.), благодаря чему из клеток легко экспортируются многие цитотоксические соединения. Те и другие обладают низкой продукцией активных форм кислорода, предпочтительной локализацией в гипоксических «нишах», с весьма скромными пределами градиента О2, где строго полагаются на гликолиз как ключевой источник получения энергии и потому толерантны к гипоксии. Те и другие наделены идентичными маркерами: СД133 (или проминин-1); нестин, виментин; альдегиддегидрогеназа-1 (ALDH-1), ответственная за окисление альдегидов; HERG-2 (член семейства рецепторов EGF); молекулярная форма β-тубулина III-Tuj-1; CXCR -4 –хемокиновый рецептор для производимого стромой фактора- SDF-1, повышающего адгезивность; группа трансмембранных гетеродимерных протеинов Notch 1,2,3, стимулируемых белками DLLa (DLL-1, -3, -4) соседних клеток и IAG-1, -2, что приводит к интенсификации самообновления, давая повод рассматривать производящий Notch ген как фактор «стволовости»; ядерный белок нуклеостемин, необходимый для вхождения в митоз; СD 24, 34, 38, 44, 49, 117 и многие иные.
Наконец, те и другие демонстрируют низкие уровни экспрессии генов, чьи продукты подавляют рост опухолей (p53, p63, p67, TGF-β, ABC – тумор супрессирующий ген), стимулируют суицидальную клеточную программу (Apaf-1 – активатор апоптоза, AIF – фактор индуцирующий его, SMAC-вторичный апоптоз-активирующий фактор, группа проапоптотических агентов семейства Bcl-2 –Bax, Bad, Bak, Bim, Noxа, Puma, интерлейкин-1β-конвертирующий энзим), на фоне роста ингибиторов естественного отмирания 1APs (XIALP, NIALP, IALP-1, -2, MLIAP и др.) и повышенной регуляции генов множественной лекарственной резистентности. Все перечисленное выше в своей совокупности придает СК и CSCs устойчивость к химио- и лучевой терапии. Несмотря на обилие черт сходства, между ними существует и принципиальное различие. СК восполняются, реплицируются, дифференцируются, достигают предназначенной специализации и отмирают в строгом соответствии с лимитированными в количестве, пространстве и времени внешнесредовыми «директивами», работая в угоду интересам целостного организма. В CSCs же строго сбалансированная, упорядоченная система управления указанными процессами нарушается за счет создания собственной, ауто- и/или паракринной, патологической регуляторной петли обратной связи, делающей их самообеспеченными, самодостаточными, то есть неподвластными тканевым влияниям. Как в этой спорной и слабоизученной ситуации поступать? Как советовал Гиппократ – так, чтобы «не навредить».
Список литературы
1. Oh, S.K., Kim H.S., Park Y.B. [et al.] // Stem Cells. – 2005. – Vol. 23. – P. 605–609.
2. Репин, В.С. Эмбриональная стволовая клетка: функциональная биология и медицина / В.С. Репин, А.А. Ржаникова, Д.А. Шаменков. – М.: РеМеТекс, 2002. – 224 с.
3. Wen, P.Y., Kesari, S. // N. Engl. J. Med. – 2008. – Vol. 359. – P. 492–507.
4. Richards, M., Fong C.Y., Chan W.K. [et al.] // Nature Biothechnol – 2002. – Vol. 20. – P. 933–936.
5. Orlic, D., Hill J.M., Arai A.E. // )Circ. Res. – 2002. – Vol. 91. – P. 1092–1102.
6. Ross, R.A., Spengler B.A. // Seminars Cancer Biol. – 2007. – Vol. 17. – P. 241–247.
Известие об открытии стволовых клеток (СК) породило бурю надежд и кривотолков. Эта новость поколебала одну из догм нейробиологии относительно того, что мозг человека не обладает потенциалом к постоянному регулируемому самообновлению [2].
Key words: stem cells, proliferation, differentiation, transformation
