Эволюция клеток крови

Опубликовано Минутко Витали… - вс, 22/05/2022 - 19:20
Эволюция клеток крови

Филогенез 


Наиболее примитивной клеткой крови, возможно, был протогемоцит, который был первым вовлечен в процессы фагоцитоза и питания. 
Многоклеточные
Когда появились метазои (губки), их «кровяные» клетки - археоциты, были фагоцитирующими. У диплобластных кишечноплостных (например, гидра) клетки крови встречаются в примитивной мезенхиме или мезоглее и остаются фагоцитирующими. 

Безпозвоночные

 Беспозвоночные, которые имеют полость тела и сосудистую систему, содержат третью кожную ткань - мезодерму, образующую мезотелий в целом. Мезотелиальные стенки являются местом происхождения клеток-предшественников крови, называемых гемоцитами. 
 Четыре основных классификации гемоцитов происходят из мезотелиальной стенки и передаются через филогению от беспозвоночных к позвоночным: прогемоциты, которые превращаются в незрелые клетки-предшественники крови, гиалиновые гемоциты, которые прогрессируют в плазматоциты, а затем в моноциты, элеоциты, которые развиваются в другие ткани мезодермального происхождения (т.е. желудочно-кишечный тракт), и гранулярные гемоциты, которые развиваются в гранулоциты, вовлеченные в фагоцитоз (Hartenstein V., 2006). 
 Несмотря на то, что плоские черви и немертинские черви обладают псевдоцеломом, здесь происходила прогрессирующая дифференциация нескольких типов лейкоцитов. У кольчатых червей или сегментированных червей появились дифференцированные клетки, которые распределяли пищу и кислород, некоторым образом, эритроциты эволюционировали в определенных морских или полихетальных кольчатых червях. 
 Annelida также показывают дифференцировку лейкоцитов, которые напоминают гранулоциты, лимфоциты и моноциты, при этом они демонстрируют клеточно-опосредованный иммунитет, который сохраняется на протяжении всей дальнейшей эволюции. 
 Моллюски, Членистоногие, Echinodermata и Tunicata обладают по существу теми же свойствами, что и кольчатые черви. Клетки крови позвоночных могут развиваться из оболочников через линию иглокожих, беспозвоночных дейтеростома, хотя аналогичные клетки крови присутствуют в кольчатых червях, моллюсках и членистоногих, протостомах. 

Позвоночные

 Дифференцировка клеток крови у позвоночных происходит в двух отделах: костном мозге (для лимфоидных и миелоидных клеток) и лимфоидных органах (например, тимус, лимфатические узлы) для лимфоцитов ( Cooper E. 1976) 
 Происхождение и эволюция клеток крови позвоночных являются сегодня лишь предположительными и противоречивыми, тем не менее, эти вопросы представляют большой интерес, особенно для "сравнительных иммунологов", которые ищут основную тенденцию в филогенетическом развитии иммунитета.
 Костный мозг является основным кроветворным органом всех позвоночных, за исключением рыб. Из кровотока примитивные гемопоэтические стволовые клетки (HSCs) поступают в костный мозг на последних стадиях развития эмбриона. 
 В начале эмбриогенеза эритроциты первоначально обнаруживаются в желточном мешке в первые 3 недели беременности человека; последующее развитие сосудистой системы позволяет клеткам крови распространяться на другие эмбриональные ткани. К 6 неделям печень плода становится основным кроветворным органом; к концу второго триместра костный мозг становится основным местом кроветворения. 
 Как in vivo, так и ex vivo все терминально дифференцированные клетки крови у взрослых организмов происходят из долгоживущих HSC (LT-HSC), которые обладают неограниченной способностью к самообновлению. 
 Прямые нисходящие потомки HSC, называемые кратковременными HSC (ST-HSC) и мультипотентными клетками-предшественниками (MPP), постепенно утрачивают способность к самообновлению после фиксации. 
 Согласно наиболее распространенной классической иерархической модели кроветворения , МРР, кроме того, дают начало общим лимфоидным предшественникам (CLP) и общим миелоидным предшественникам (CMP). CLP отвечают за выработку лимфоидных клеток, тогда как CMP дифференцируются в предшественники гранулоцитов-моноцитов (GMP) и бипотентные MEP / TEP, которые ответственны за генерацию тромбоцитов и эритроцитов (Broudy V., and Kaushansky K., 1995) - наиболее распространенных и специализированных типов клеток взрослого организма. 
 Несмотря на то, что иерархическая модель гематопоэза была общепринятой в течение многих лет, развитие современных технологий привело к открытию альтернативных гематопоэтических путей, которые являются либо смещением, либо обходом определенных мультипотентных предшественников. Они включает модель смещения миелоидных / лимфоидных клеток , пересмотренную модель гематопоэза у взрослых , модель на основе миелоидов или модель шунтирования миелоидов . Некоторые из этих моделей соответствуют классической иерархической модели и обеспечивают альтернативные пути развития более специализированных типов клеток на гораздо более высоком иерархическом уровне, чем предполагалось ранее. 
 Первые доказательства, указывающие на прямой путь, ведущий от HSC к MEP, были основаны на идентификации подмножества HSC, отмеченных (LSK) и Flt3 - антителами, которые могли непосредственно вызывать MEP. Это согласуется с последними результатами, еще раз доказывая, что подгруппа LSC CD150 + CD48 - CD34 - HSC способна к кратковременному и долгосрочному восстановлению тромбоцитов, а также восстановлению других эритро-миелоидных, но не лимфоидных клеточных линий.
 Обширные эксперименты с одноклеточной трансплантацией выявили наличие долгосрочных репопулирующих предшественников мегакариоцитов (MkRPs), мегакариоцитарно-эритроидно-репопулирующих предшественников (MERPs) и общих предшественников миелоидных репопулирующих клеток (CMRPs) в CD150 +/− CD41 +/− CD34 - LSK клетки. Было показано, что CMRP, как правило, присутствуют во фракции CD34 - LSK клеток, MkRP и MERP, но по-видимому, присутствуют только в CD150 + CD41 - CD34 - LSK или CD150 - CD41 + CD34 -.ЛСК фракция клеток. В качестве продолжения был идентифицирован промежуточный путь, соединяющий MkRP и мегакариоциты, и недавно были охарактеризованы полностью ограниченные предшественники унипотентных мегакариоцитов CD41 + CD42b + LSK.
 Важно, что экспериментальные данные, предполагающие альтернативные пути эритроидов и мегакариоцитов, основаны исключительно на экспериментах, проведенных на гематопоэтических моделях млекопитающих, и отсутствуют доказательства их существования у видов позвоночных, не относящихся к млекопитающим. Мы можем только предположить, развились ли эти пути только у млекопитающих или они эволюционно законсервированы. Можно предположить, что эти механизмы могут играть важную физиологическую роль в стационарном и экстренном гемопоэзе.


Эритроциты


 Исследователям известна гипотеза о том, что пониженное содержание кислорода в пермский / триасовый период послужило толчком для эволюционного отбора эндотермических животных. Эволюция более мелких эритроцитов с большей площадью поверхности наряду с увеличением: плотности капилляров, площади поверхности капилляров, гематокритов, кровяного давления, скорости кровотока и скорости сдвига были критическими для эффективного газообмена при эндотермии. 
 Эволюция четырехкамерного сердца млекопитающих / птиц учитывала низкое легочное и высокое системное кровяное давление. Предполагается, что вызванный гипоксией ангиогенез приводит к усилению васкуляризации у эндотермических животных. Повышенное кровяное давление, скорость потока и силы сдвига, вероятно, потребовали изменений в гемостатических механизмах, которые встречались у млекопитающих при эволюции ядерных тромбоцитов. 
 Эволюция млекопитающих и птиц происходила параллельно с дальнейшими генетическими изменениями в ядрышковых эритроцитах / тромбоцитах, происходящими у млекопитающих. Хотя возможно, что эволюция эндотермии у птиц и млекопитающих произошла как два независимых события, более вероятно, что общий предок развил генетические мутации, которые заложили дорожную карту для параллельных изменений их сердечно-сосудистой системы в ответ на давление окружающей среды. Модельные системы для поддержки предлагаемых изменений от экзотермы к эндотерме были разработаны на основе опубликованных данных. Эволюционное развитие эндотермии происходило в течение миллионов лет с континуумом генетических изменений, которые включали скелет, мягкие ткани, сердечно-сосудистые макро-изменения наряду с многочисленными молекулярными изменениями ( Soslau G., 2019).
 Важно отметить, что млекопитающие — единственные позвоночные, эритроциты которых энуклеированы в зрелом состоянии. 
 У млекопитающих зрелые эритроциты представляют собой гибкие, овальные, двояковогнутые диски, в которых отсутствуют клеточные ядра, органеллы и рибосомы (Moras et al. 2017). У позвоночных, не являющихся млекопитающими, эритроциты представляют собой овальные, сплюснутые, двояковыпуклые диски с цитоскелетом, состоящим из маргинальной полосы микротрубочек и клеточного ядра и органелл в их цитоплазме, которые позволяют им de novo синтезировать белки и молекулы в ответ на стресс и раздражители
 Все позвоночные, кроме холодноводной рыбы, переносят кислород через гемоглобин, упакованный в эритроциты. 
 Эритроциты позвоночных различаются по размеру в тридцать раз. Различия в размере эритроцитов известны уже более века, но функциональное значение размера эритроцитов остается неизвестным. Одна из гипотез состоит в том, что большие эритроциты отличаются примитивным характером. Агнаты (группа низших позвоночных животных) имеют более крупные эритроциты, чем млекопитающие. Однако самые большие эритроциты обнаружены у амфибий уроделей, что не согласуется с гипотезой о том, что крупные эритроциты являются примитивными. Другая возможность состоит в том, что маленькие эритроциты увеличивают способность транспорта кислорода в крови. 
 Концентрация гемоглобина в крови (HB) и средняя концентрация гемоглобина RBC (MCHC) увеличиваются от агнат к птицам и млекопитающим. Однако изменения в HB и MCHC не параллельны изменениям размера RBC. Кроме того, размер эритроцитов не влияет на вязкость крови. Таким образом, нет четкой связи между размером эритроцитов и транспортной емкостью кислорода. Можно предположить, что размер эритроцитов сопровождается изменениями диаметра капилляров. Эта гипотеза основана на следующих наблюдениях. 
 Во-первых, ширина эритроцитов в среднем на 25% больше диаметра капилляра, что обеспечивает деформацию клетки во время капиллярного потока. Функционально деформация эритроцитов минимизирует диффузионные ограничения для газообмена. 
 Во-вторых, меньшие капилляры связаны с повышенным потенциалом диффузионного газообмена. Однако меньшие капилляры приводят к более высокому сопротивлению кровотоку, что требует более высокого кровяного давления. Возможно , большие диаметры капилляров и большие эритроциты отражают эволюционное развитие кровоснабжения легких. Большие капилляры снижали системное сосудистое сопротивление, позволяя одножелудочковому сердцу снабжать кровью два сосудистых контура, системный и легочный, без развития высокого давления на легочной стороне. Большие эритроциты сохранили эффективность диффузионного газообмена в крупных капиллярах ( Snyder G., Sheafor B., 2015) 

TEP/MEP

 Эритроциты и тромбоциты позвоночных возникают из общих бипотентных предшественников тромбоцитарно - эритроидных клеток (TEP). Также хорошо известно, что мегакариоциты и эритроциты млекопитающих генерируются из общих бипотентных предшественников мегакариоцитов-эритроцитов (MEP) ( Debili N., et.al., 1996). 
 У млекопитающих мегакариоциты образуются путем эндоредупликации мегакариобластов с образованием полиплоидных клеток. После достижения состояния плоидности 8–64N мегакариоциты продуцируют тромбоциты. Ключевым медиатором этого процесса является тромбопоэтин (TPО). 
 Эритроциты также развиваются из MEP через несколько стадий предшественников, называемых блореобразующими единицами - эритроид (BFU-E), колониеобразующими единицами - эритроид (CFU-E) и эритробластами. Наиболее заметными факторами, регулирующими эритропоэз in vivo и ex vivo, являются эритропоэтин (EPO) и фактор стволовых клеток (SCF или лиганд KIT, KITL). Примечательно, что эритробласты млекопитающих подвергаются конденсации хроматина и экструзии ядра, что приводит к образованию энуклеированных зрелых эритроцитов ( Muir A., and Ker D., 1958). Напротив, позвоночные, не являющиеся млекопитающими, имеют зародышевые овальные диплоидные тромбоциты и эритроциты. Как и у млекопитающих, было показано, что обе эти линии происходят от бипотентных предшественников, называемых предшественниками тромбоцитов-эритроцитов (TEP) - клеток, эквивалентных MEP млекопитающих. 
 Несмотря на то что фенотипически очень похожие друг на друга эритроциты и тромбоциты млекопитающих развили некоторые ключевые эволюционные улучшения в процессе дифференцировки эритроидов и тромбоцитов, такие как энуклеация эритроидов, эндоредупликация мегакариоцитов и образование тромбоцитов.
 Было показано, что эритротромбоцитарная дифференцировка регулируется несколькими цитокинами многие из которых оказывают широкое влияние на все гематопоэтические линии. Наиболее важными факторами, регулирующими эритропоэз, являются EPO и SCF. EPO взаимодействует со своим родственным рецептором EPOR и способствует самообновлению, выживанию и дифференцировке предшественников эритроидов, тогда как SCF обеспечивает пролиферацию этих предшественников. Другие важные факторы, которые контролируют эритропоэз, включают фактор роста фибробластов 2 (FGF2) , инсулин, инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF1) , трансформирующий фактор роста α (TGF α ) и TGF β члены семейства (TGF β , костный морфогенетический белок 4, BMP4) и глюкокортикоиды (GC, такие как дексаметазон, декс). 
 Эти факторы могут либо способствовать самообновлению предшественников эритроидов, либо участвовать в их дифференциации в зависимости от взаимодействующих сигналов. Другими цитокинами, которые действуют синергетически с факторами, ограничивающими клон, и которые могут влиять на пути дифференцировки эритроидов и тромбоцитов, являются интерлейкин 3 (IL3), IL6, IL11, гранулоцитарно-колониестимулирующий фактор (G-CSF), гранулоцитарно-макрофагальный CSF (GM- CSF) и ранее упомянутый SCF. 
 Эти факторы действуют как ранние модуляторы предшествующих предшественников в дифференцировке эритроидов и тромбоцитов, управляя их самообновлением или способствуя созреванию мегакариоцитов. Другие цитокины, участвующие в дифференцировке тромбоцитов, созревании мегакариоцитов или биогенезе тромбоцитов, включают, кроме ТPО, также IL12 и SDF1. TPO взаимодействует со своим родственным рецептором TPOR (c-MPL) . Его сигнализация, по-видимому, настоятельно необходима для тромбопоэза, поскольку мыши, у которых отсутствует передача сигналов c-MPL, являются высоко тромбоцитопеническими.
 Интересно, что сигналы EPO и TPO имеют много общих черт. Оба лиганда принадлежат к семейству цитокинов четырехспирального пучка и имеют высококонсервативный аминоконцевой домен EPO / TPO. У млекопитающих С-концевая часть ТРО кодирует высокогликозилированный домен, который отсутствует у позвоночных, не относящихся к млекопитающим, и его роль у млекопитающих заключается в регуляции периода полураспада ТРО в кровообращении. EPO и TPO имеют четыре консервативных остатка цистеина (Cys), которые образуют дисульфидные связи отвечает за сохранение третичной структуры лиганда . Важно отметить, что EPOR и TPOR также напоминают друг друга. Оба рецептора принадлежат к семейству рецепторов цитокинов типа I. 
 Ни EPOR, ни TPOR не обладают внутренней ферментативной активностью, и их передача сигналов в первую очередь зависит от ассоциированной Janus-киназы 2 (JAK2)
 Эритротромбоцитарные клетки млекопитающих и не млекопитающих, по-видимому, сильно различаются в результате дивергентной эволюции. Было показано, что млекопитающие и птицы отделились от своих ящероподобных предков 310 миллионов лет назад. С тех пор некоторые аспекты дифференцировки эритроидов и тромбоцитов изменились; эритроциты взрослых млекопитающих обладают уникальной особенностью энуклеации, а тромбоциты млекопитающих представляют собой не отдельные клетки, а фрагменты мегакариоцитов. Эти приспособления, вероятно, улучшали биологическую активность соответствующих клеток, что можно продемонстрировать на нескольких примерах. Энуклеированные эритроциты более гибки, а отсутствие ядра создает больше внутриклеточного пространства для гемоглобина. Это обеспечивает типичную двояковогнутую форму, увеличивая площадь поверхности для эффективного обмена кислорода . Тромбоциты млекопитающих вырабатываются в очень большом количестве (тысячи тромбоцитов на один мегакариоцит) по сравнению с тромбоцитами не млекопитающих и намного меньше и более гибки. Эти особенности обеспечивают их эффективное распространение и повышенное сопротивление сдвиговым силам жидкости. 
 Оба эти улучшения в эритроцитах и тромбоцитах позволили развиться более тонким капиллярам у млекопитающих, предотвращая их возможную закупорку. Вероятно, что эти улучшения обеспечили преимущество выживания ранним видам млекопитающих.
 Однако эти усовершенствования также поднимают вопрос об эволюционном происхождении этих клеток. Гипотетически, эритроциты и мегакариоциты млекопитающих могли развиваться de novo , функционируя как аналоги эритроцитов и млекопитающих тромбоцитов. И наоборот, они могли эволюционировать как возможное улучшение от наследственных эритротромбоцитарных клеток, как обсуждалось ранее, что указывает на то, что эритроциты и тромбоциты млекопитающих и не млекопитающих являются гомологами. Действительно, следующие данные свидетельствуют о том, что последняя гипотеза может быть более вероятной.
 Во-первых, первоначальная фиксация обеих линий требует участия сходных сигнальных путей и факторов транскрипции во всем типе позвоночных. Наиболее значимыми факторами, необходимыми для дифференцировки эритроидов, которые, как было установлено, функционально консервативны от рыбы к человеку, являются FOG1, GATA1, GATA2, KLF1 (ортолог рыбок данио Klf4), LMO2, MYB, NFE2, TAL1 и другие. Аналогичным образом , перечень законсервированных факторов, которые участвуют в позвоночном тромбопоэзе включает в себя ETS1, FLI1, FOG1, GATA1, GATA2, nFe2, Runx1, TAL1, и другие. Во-вторых, было получено множество мутантных линий или нокдаунов рыбок данио, которые повторяют общие расстройства человека, такие как различные типы анемии, протопорфирии или тромбоцитопении. Многие из этих мутантов и нокдаунов поражены в тех же локусах, которые имеют отношение к болезням человека, что дополнительно подчеркивает аналогичные механизмы, лежащие в основе этих процессов. В-третьих, процессы, вовлеченные в гемостаз, высоко консервативны среди позвоночных млекопитающих и не млекопитающих ; эритроциты и тромбоциты активируются одними и теми же стимулами, а свертывание крови происходит практически идентичным образом. В-третьих, процессы, вовлеченные в гемостаз, высоко консервативны среди позвоночных млекопитающих и немаммалек; эритроциты и тромбоциты активируются одними и теми же стимулами, а свертывание крови происходит практически идентичным образом. Предшественники CFU-E способны не более чем на 6 клеточных делений , а мегакариоциты эндоредуплицируются примерно от 2 до 5 раз с образованием 8–64н клеток. В соответствии с этим наблюдением, исследование указывает на то, что число клеточных делений во время дифференцировки эритроидов и тромбоцитов данио рерио близко соответствует видам млекопитающих : предшественники BFU-E рыбок данио способны к 9-15 делениям клеток, в зависимости от кооперации сигналов, предшественники CFU-E могут подвергаться 6 клеточным делениям, а тромбоциты могут подвергаться 5 клеточным делениям во время их терминальной дифференцировки.

Интегрированная модель кроветворения

 Взятые вместе, эти данные привели к созданию «интегрированной модели кроветворения» , предполагая, что, несмотря на разительные фенотипические различия между мегакариоцитами млекопитающих и тромбоцитами не млекопитающих, существует четкая связь между эритроидом и тромбоцитом млекопитающих и не млекопитающих. клетки с точки зрения их молекулярного контроля и их потенциала пролиферации. Эта модель далее предполагает, что эритроциты и мегакариоциты млекопитающих эволюционировали из эритроцитов и млекопитающих как их возможных улучшений, что подразумевает их гомологичные отношения.
 Согласно общепринятой эволюционной гипотезе, виды беспозвоночных и позвоночных разошлись примерно 520–550 миллионов лет назад. Это привело к огромному расхождению этих видов и к de novo параллельному формированию различных аналогичных признаков. Несмотря на то, что многие беспозвоночные животные обладают как эритроцитоподобными, так и тромбоцитоподобными аналогичными клетками, обычно называемыми амебоцитами, целомоцитами, гемоцитами или тромбоцитоидами, эти клетки не считаются прародителями эритро-тромбоцитарных клеток позвоночных. 
 Таким образом, эритроциты и тромбоциты, обнаруженные у циклостоматов и рыб, являются первыми клетками, которые эволюционировали, чтобы быть особенно специализированными в транспорте кислорода или гемостазе. Обе клеточные линии, вероятно, впервые появились у прямых предков рыб, и весьма вероятно, что обе программы дифференцировки отделятся от одной программы дифференцировки предков после ее дублирования. Эта точка зрения подтверждается как сходными характеристиками клеток (сходная овальная форма, конденсированные ядра и пролиферация, связанные с дифференцировкой), так и сходными или общими регуляторными молекулами. Это включает в себя структурное и функциональное сходство между сигналами EPO и TPO, вероятно, происходящими из одного комплекса лиганд-рецептор из-за события дублирования. Как EPO, так и TPO обеспечивают существенно избыточную передачу сигналов и активируют сходные пути передачи сигналов и факторы транскрипции. Это было хорошо проиллюстрировано экспериментально, поскольку TPO расширили предшественники эритроидов и, что поразительно, было показано, что TPO в сочетании с SCF и IL11 заменяет передачу сигналов EPO в предшественниках эритроидов, полученных из Epor дефицитных мышей. Наоборот, было показано, что EPO синергизируется с TPО, способствуя росту и созреванию колоний мегакариоцитов. 
 Эта гипотеза предсказывает существование наследственных организмов позвоночных с однолинейной дифференциацией, что приводит к наследственным эритроцитам / тромбоцитам или эритротромбоцитам с двойной функцией. Эта программа дифференцировки по одной линии могла быть дополнительно продублирована во время эволюции ранних позвоночных, что привело к появлению специализированных программ дифференцировки эритроидов и тромбоцитов в сочетании с передачей сигналов EPO / TPO.
 Эритроидная и тромбоцитарная дифференциация имеют много общих черт. Помимо фенотипических сходств между эритроцитами и тромбоцитами, обнаруживаемыми у позвоночных животных, не относящихся к млекопитающим, это включает общих предшественников клеток (TEP / MEP), сходства между передачей сигналов EPO и TPО и общие механизмы передачи сигналов, обеспечивающие приверженность к линии. Эти сходства также присутствуют у видов млекопитающих, в то время как основные молекулярные механизмы, определяющие приверженность эритротромбоцитарной линии, по-видимому, эволюционно высоко консервативны. Интегрированная модель кроветворения предполагает, что мегакариоциты и эритроциты млекопитающих, вероятно, эволюционировали как усовершенствование своих наследственных аналогов (обнаруженных у позвоночных, не относящихся к млекопитающим), чтобы повысить их биологическую активность во время транспорта кислорода и гемостаза. Это указывает на то, что эритроциты и тромбоциты млекопитающих и не млекопитающих не эволюционировали de novo, а вместо этого являются гомологичными.
 В дополнение к этому и на основе описанного сходства между эритроидной и тромбоцитарной дифференцировкой, можно предположить , что обе клеточные линии произошли от одной наследственной программы дифференцировки. Вероятно, это было опосредовано дупликацией предкового типа клеток и их сигналосомы во время эволюции ранних позвоночных.

Лейкоциты

  Все виды позвоночных обладают лейкоцитами, которые делятся на несколько различных узкоспециализированных клеточных линий, участвующих в иммунном ответе и восстановлении тканей. 
 Лейкоциты делятся на несколько классов, в том числе гранулоциты, макрофаги и лимфоциты.
 Клетки, проявляющие некоторую фагоцитарную активность, называемые амебоцитами, видны на ранних стадиях филогенеза у основных беспозвоночных, у которых отсутствует настоящая полость тела (целом) или сосудистая система. 
 Cnidarians - один из самых основных беспозвоночных, содержит желатиновую матрицу между эктодермой и энтодермой, которая содержит множество амебоцитов, способствующих пищеварению, постоянно пролиферирующих стволовыми клетками и действующих как фагоциты.
 Гранулоциты были сохранены и эволюционировали у разных видов, превращаясь в клетки, которые обеспечивают одну из первых линий защиты хозяина от патогенов. 

Нейтрофилы

 С эволюционной точки зрения нейтрофилы являются одним из старейших типов иммунных клеток и представляют собой ключевой фактор, ответственный за ответ на инфекцию и повреждение тканей. Эти ранние иммунные компоненты впервые появляются у простых беспозвоночных, таких как книдарии, в виде клеток, называемых амебоцитами. У высших беспозвоночных эти первичные нейтрофилы принимают форму гемоцитов - клеток, которые обладают многими функциями как нейтрофилов (фагоцитоз, дегрануляция), так и тромбоцитов (способность инициировать свертывание гемолимфы). У позвоночных эти передние иммунные клетки принимают форму классических нейтрофилов, гранулярных фагоцитов, которые быстро рекрутируются в места инфекции или повреждения. Отходя от своих эволюционных корней, нейтрофилы позвоночных потеряли большую часть своей гемостатической функции и, по-видимому, предназначены для ответа хозяина на инфекцию / повреждение .
 Известно, что нейтрофилы участвуют в раннем распознавании и уничтожении инфекционных патогенов. Нарушение в продукции нейтрофилов, эмиграции, хемотаксиса и других функций вызывают спектр первичных иммунных дефектов, характеризующихся восприимчивостью хозяина к инвазивным инфекциям.
 У развивающегося плода предшественники нейтрофилов наблюдаются уже в первом триместре и увеличиваются в количестве почти в четыре раза во втором триместре, когда костный мозг становится основным участком кроветворения. 
 Количество циркулирующих нейтрофилов резко возрастает и стабилизируется в первые 48–72 ч жизни . У недоношенных детей исходное количество нейтрофилов ниже, и в первые несколько дней жизни не наблюдается увеличения количества нейтрофилов (Mouzinho A.et.al., 1994) . Помимо количественных нарушений, нейтрофилы новорожденных также имеют много качественных дефектов. Адгезия нейтрофилов нарушается снижением уровня L-селектин и β2-интегринов CD18 / CD11b и CD18 / CD11a, которые представляют собой молекулы адгезии, присутствующие на поверхности нейтрофилов и поверхности эндотелия и необходимы для миграции нейтрофилов из сосудистой системы в места инфекции. 
 Уровень L- селектина продолжает снижаться в течение первых 24–72 ч, продолжая оставаться низким в первые несколько недель жизни и даже ниже у недоношенных детей (Anderson D., et.al., 1991). Аномальная полимеризация актина также отмечается в первые несколько недель жизни, вызывая значительное снижение направленной миграции in vitro. Хотя общая активность, направленная на уничтожение патогена не нарушена, у неонатальных нейтрофилов более низкая концентрация гранулярных белков ( Levy O., et.al., 1999). Несмотря на эти отклонения, продукция костного мозга, миграция нейтрофилов и активность нейтрофилов быстро созревают, что соответствует их роли в качестве первых ответчиков на инфекционные и воспалительные раздражители. 
 После развития нейтрофилы являются доминирующей популяцией лейкоцитов в организме человека. Нейтрофилы созревают в костном мозге упорядоченно, от миелобласта до промиелоцита, от миелоцита до метамиелоцита, образуя полосу, и, наконец, зрелый нейтрофил. Только последние две из этих стадий, форма полосы и зрелый нейтрофил присутствуют в периферической крови. Зрелые нейтрофилы должны иметь ядро с тремя или четырьмя лопастями и зернистую цитоплазму. Приблизительно 100 миллиардов нейтрофилов входят и выходят из циркулирующей крови каждый день . Нейтрофилы происходят из костного мозга и высвобождаются в сосудистую сеть, когда они созревают, и стимулируются инвазивными патогенами и воспалительными сигналами. Хемокины, малые сигнальные молекулы, являются мощными хемоаттрактантами для нейтрофилов в местах инфекции или повреждения тканей. Миграция к месту заражения включает в себя сложный многоэтапный процесс, включающий адгезию нейтрофилов на эндотелиальных клетках, устойчивую адгезию нейтрофилов, экстравазацию через эндотелий и хемотаксическую миграцию. После миграции в место заражения нейтрофил уничтожает патогенный микроорганизм, используя комбинацию активных форм кислорода, полученных из NADPH-оксидазы, компонентов цитотоксических гранул и внеклеточных ловушек нейтрофилов. 
 Нейтрофилы являются одними из первых клеток, которые реагируют на участки острой инфекции и повреждения клеток, играя ключевую роль в защите хозяина от инфекционных патогенов, а также в развитии и разрешении воспаления. 
 Чтобы понять сложный воспалительный процесс, вызванный и разрешенный нейтрофилами, были разработаны модели для изучения биологии нейтрофилов. Короткая продолжительность жизни нейтрофилов человека является препятствием в исследовании нейтрофильной биологии in vivo и вызывает in vitro генетические изменения, что делает манипуляции с ними нецелесообразными. Из-за этих ограничений модель исследования биологии нейтрофилов у рыбок данио получила широкое признание. Нейтрофил рыбок данио отражает нейтрофилы млекопитающих, обладая сходной морфологией, биохимическими и функциональными особенностями. Он имеет полиморфное ядро, первичные и вторичные гранулы и оксидазу NADPH. Было разработано и изучено множество моделей первичных иммунодефицитных заболеваний у рыбок данио. 
 Используя модель рыбок данио, выяснены механизмы рекрутирования нейтрофилов в места повреждения тканей. Связанные с повреждением молекулярные структуры и хемокины эффективно привлекают нейтрофилы. Перекись водорода, выделяемая поврежденной тканью, является одним из первых аттрактантов нейтрофилов к участкам повреждения тканей. 
 Хемокины, небольшие сигнальные белки, которые привлекают лейкоциты в определенные места в ткани, впервые появились у рыб ~ 650 миллионов лет назад. Нейтрофилы отвечают на специфические сигнатуры хемокинов от умирающих клеток и способны дифференцировать патоген от неинфицированных клеток. Хемокины, подобные ответным реакциям патогенов, причем , CXCL1, CCL2 и CXCL10, являются мощными аттракторами нейтрофилов, приводящими к развитию воспаления и элиминации умирающих клеток. Хемокин-индуцированное рекрутирование нейтрофилов было сохранено среди видов позвоночных, подтверждая важный процесс, который хемоаттракцион играет в рекрутировании нейтрофилов. 
 Как только инфекция устранена и клеточный мусор очищен, нейтрофилы должны покинуть место повреждения ткани. Изображения прозрачных рыбок данио с высоким разрешением обнаружили обратную миграцию как метод нейтрофильного разрешения воспаления. Обратная миграция - это процесс, при котором нейтрофилы мигрируют из места инфекции или воспаления, процесс, регулируемый провоспалительными цитокинами. 
 Когда нейтрофилы сохраняются в ткани, воспаление сохраняется и становится хроническим. Хроническое воспаление, вызванное нейтрофилами, связано с множественными аутоиммунными заболеваниями и прогрессированием рака. Нейтрофилы обнаруживаются во многих видах рака и коррелируют с более агрессивным заболеванием и худшим прогнозом. Рекрутирование нейтрофилов в опухолевые клетки происходит таким же образом, как и в инфицированных клетках; хемокины и перекись водорода, продуцируемые опухолевыми клетками, привлекают нейтрофилы в клетки, пораженные опухолью. Считается, что связанные с опухолью нейтрофилы играют роль в прогрессировании рака, воздействуя на внеклеточный матрикс, обеспечивая усиление пролиферации и инвазии раковых клеток. Кроме того, нейтрофилы также подавляют противоопухолевый иммунитет от других типов клеток. Таргетирование нейтрофилов стало желательным терапевтическим вариантом для лечения некоторых видов рака. 

Эозинофилы

 Клетки различных беспозвоночных могут представлять собой эволюционных предшественников современных эозинофилов позвоночных. Связи, основанные на биохимическом или генетическом сходстве, ограничены, но включают экспрессию миелопероксидаз, из которых EPX является специфичным для эозинофилов. Исследования показывают, что миелопероксидаза (экспрессируемая нейтрофилами) и EPX разошлись примерно 60–70 миллионов лет назад, но не являются достаточно надежными, чтобы указать, когда произошла более ранняя эволюция эозинофильной линии от беспозвоночных к позвоночным.
 Эозинофилы позвоночных довольно широко идентифицированы у репрезентативных видов, от рыб до млекопитающих, на световом / гистологическом, электронно-микроскопическом и биохимическом уровнях. Эозинофилы, содержащие пероксидазу, были окончательно идентифицированы у эмбрионов и взрослых рыбок данио, что представляет собой потенциально полезную модель позвоночных, которую можно генетически модифицировать для изучения развития и функций эозинофилов . Наблюдения за лягушкой подтверждают роль эозинофилов в событиях ремоделирования тканей во время метаморфоза (например, укорочение кишечника головастика сопровождается значительной инфильтрацией эозинофилов), но особая роль эозинофилов в этих сложных метаболических, физиологических и анатомических процессах сохраняется. Эозинофилы окончательно присутствуют у большинства видов птиц. У цыплят, транскрипционно регулируемая дифференцировка эозинофилов-коммитированных миелоидных предшественников (EoP) в зрелые эозинофилы очень похожа на дифференцировку эозинофилов человека. 
Существует множество опубликованных описаний эозинофилов млекопитающих. Хотя эти эозинофилы явно хорошо оснащены для уничтожения и / или сдерживания паразитов-гельминтов и их личиночных стадий, их раннее появление в процессе эволюции и накопление исследований иммунных ответов хозяина на гельминтов и других паразитов у линий мышей с дефицитом эозинофилов (например, PHIL , ΔdblGATA ,МBP-1 - / - / EPX - / - двойное выбивание решительно возражают против значительного избирательного преимущества в защите хозяина во время эволюции эозинофилов. Отсутствие значительных, опасных для жизни аномалий развития или функциональных недостатков у этих линий мышей с дефицитом эозинофилов, по крайней мере, в определенных условиях отсутствия патогенов, присутствующих в большинстве животноводческих помещений, вызывает вопрос о том, почему линия эозинофилов продолжает быть повсеместной у позвоночных.
Эозинофилы человека в разной степени отличаются от эозинофилов других видов, причем наибольший интерес представляют мыши. Эти различия присутствуют на нескольких уровнях, включая происхождение их гематопоэтических предшественников, полиморфноядерную морфологию, ультраструктуру их ацидофильных специфических гранул, экспрессию, типы и количества их катионных и других основных белков в гранулах, поверхностные рецепторы, механизмы активации, секреции и дегрануляция и другие функционально значимые свойства. 
 Эозинофилы человека и мыши обнаруживают значительные различия в катионных белковых составляющих их конкретных гранул. Например, хотя EPX, MBP-1 и -2 хорошо консервативны, человеческий эозинофил содержит только две катионные рибонуклеазы, EDN (RNase2) и ECP (RNase3) , тогда как гранулы эозинофилов мыши содержат более 7 членов развивающейся семейство рибонуклеаз, ассоциированных с эозинофилами (EARS), которые также экспрессируются другими миелоидными клетками у мышей и других грызунов.
 В то время как у всех млекопитающих есть эозинофилы, они легко распознаются на основе ядерной морфологии и окрашивания цитоплазматических гранул, существуют поразительные видоспецифичные различия. Например, эозинофилы человека экспрессируют IgE-рецептор с высокой аффинностью, Fc RI, а эозинофилы мыши - нет. Кроме того, белок Charcot-Leyden crystal (CLC) - основной компонент эозинофилов человека, не имеет функциональных коррелятов в эозинофилах мыши и не имеет какого-либо идентифицируемого ортолога в геноме мыши.
 Эозинофилы мыши экспрессируют Siglec F, связывающий сиаловую кислоту Ig-подобный лектин, который является функциональным, но сильно расходящимся ортологом белка эозинофилов человека, В отношении респираторного воспаления эозинофилы мыши имеют отчетливо отличающиеся ответы на хемотаксические цитокины, чем эозинофилы человека. Не менее замечательным и предметом многих исследований являются секреторные рибонуклеазы эозинофилов: EDN и ECP, которые присутствуют в высоких концентрациях в гранулах эозинофилов. EDN и ECP являются одними из наиболее быстро развивающихся функциональных кодирующих последовательностей, известных среди приматов. Ортологичные последовательности у млекопитающих, не являющихся приматами, не могут быть обнаружены методами гибридизации; РНКазы, ассоциированные с эозинофильными мышами, большой кластер одинаково быстро эволюционирующих непересекающихся последовательностей, которые возникли в результате быстрого дублирования и сортировки генов, являются отдаленными ортологами своих человеческих аналогов . Несмотря на быструю эволюцию, все идентифицированные кодирующие последовательности имеют элементы, необходимые для поддержания канонической третичной структуры РНКазы А, и каталитические элементы, необходимые для поддержки ферментативной активности.

Лимфоциты

 Моноклональные антитела, реактивные с различными субпопуляциями Т-лимфоцитов, были описаны у человека, мыши и крысы, и структурный анализ этих антигенов продемонстрировал высокую степень эволюционного сохранения. В литературе описывается реактивность трех моноклональных антител (mAb), 19-19, альфа-SBU-T4 и альфа-SBU-T8


Тромбоциты


 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
 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 неопознанным.
 Маленькие тромбоциты без ядер встречаются у представителей всех млекопитающих, так что, похоже, это особенность адаптации. У других позвоночных похожие гемостатические функции выполняются крупными зародышевыми тромбоцитами, которые гораздо более слабо реактивны. 
 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 (МКs ) 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 затем 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) .