Гематопоэз

Гематопоэз - это процесс, при котором клетки-предшественники и зрелые клетки крови продуцируются гематопоэтическими стволовыми клетками (HSC) в костном мозге взрослого человека. 

Эритроциты

Исследователи наблюдали значительно более высокие уровни эритроцитов и гемоглобина у детей , подростков и взрослых мужчин по сравнению с соответствующей возрастной группой женщин.

Лейкоциты

Нейтрофилы

От младенчества до пожилого возраста количество нейтрофилов постепенно увеличивается , причем более резко у женщин

Эозинофилы

Количество эозинофилов мало зависит от возраста , хотя отмечается некоторое увеличение этих клеток крови у детей. У женщин кривая динамики эозинофилов носит несколько более крутой подъем с нерезким повышением в пожилом возрасте. 

Моноциты и базофилы

Динамика количества моноцитов в процессе жизни человека носит волнообразный характер, достигая своих пиков у подростков и лиц пожилого возраста и снижаясь у новорожденных и взрослых мужчин  .

У женщин моноциты постепенно снижаются после рождения и до взрослого возраста и затем повышаются в пожилом возрасте. Приблизительно такая же динамика отмечена и у базофилов , но подъем базофилов у женщин чуть выше во взрослом возрасте ( у мужчин некоторое снижение ), а не в пожилом.

Исследователи обнаружили, что процентное содержание моноцитов было значительно ниже у женщин, чем у мужчин среди подростков. Это подтверждается исследованием, в котором сообщалось о значительно более низкой цитотоксической активности моноцитов у молодых женщин (возрастной диапазон 18-40 лет) по сравнению с таковой у моноцитов у мужчин соответствующего возраста.

Лимфоциты

Лимфоциты являются лейкоцитами иммунной системы человека и включают хелперные Т-клетки CD4 (клеточный иммунитет), цитотоксические Т-клетки CD8 (цитотоксический адаптивный иммунитет), В-клетки (гуморальный, управляемый антителами адаптивный иммунитет) и натуральные клетки-киллеры ( NK-клетки: клеточный, цитотоксический врожденный иммунитет).

Сравнения среди возрастных групп от младенцев до взрослых выявили прогрессивное снижение доли общих лимфоцитов и абсолютного количества Т- и В-клеток. Клетки NK снижались от младенчества к зрелости, но увеличивались у пожилых людей. Процент Т-клеток увеличивался с возрастом от младенчества до зрелого возраста, а затем снижался. Провоспалительные цитокины, FNO -α и IL-6 были выше у пожилых людей по сравнению со взрослыми.

У пожилой группы фиксировались  значительно более высокие уровни белка-1 хемоаттрактанта моноцитов (MCP-1) и более низкие уровни эпидермального фактора роста (EGF) по сравнению со взрослыми ( Valiathan R., et. al., 2016)

Известна потеря лимфоидной ткани во время старения,  сопровождающаяся снижением иммунных функций, называемых иммунным старением.  Это снижение качественного и количественного уровня иммунных реакций связано с повышенной восприимчивостью пожилых людей к ряду заболеваний, в том числе; сердечно-сосудистых и  аутоиммунных заболеваний, злокачественых новообразований и нарушение реакции на прививки и инфекции.

Исследования показывают, что у людей нарушение иммунитета с возрастом связано с изменениями числа клеток  . Сообщается, что со старением у людей наблюдается снижение отношения CD4 к CD8 Т-клеткам  и увеличение процента NK-клеток.

Старения может быть более выраженным  у мужчин, что отмечается их более короткой продолжительностью жизни, причем,  иммунная система мужчин может отличаться от иммунной системы женщин

Тромбоциты

Тромбоциты снижаются  от младенчества до старости, оставаясь у женшин более высокими,  чем у мужчин, начиная со взрослого возраста.

Пренатальный гематопоэз

Гематопоэз  начинается в первые недели эмбрионального развития и систематически проходит через три фазы: мезобластическая (желточный мешок), печеночная (печень) и миелоидная (костный мозг). 

В течение четвертого и пятого гестационных месяцев костный мозг становится основным местом образования клеток крови и основным участком кроветворения после 24-й недели беременности и до рождения. Первоначально в эмбриональном мозге примерно одинаковое количество миелоидных и эритроидных клеток. Тем не менее, миелоидные клетки преобладают к 12-неделе беременности, а соотношение миелоида к эритроиду приближается к взрослому уровню 3:1 к 21-й неделе беременности. 

Эритроциты

Первые клетки, образующиеся в развивающемся эмбрионе, представляют собой примитивные эритробласты, образованные в желточном мешке. Эти клетки интересны уже тем , что они не развиваются в зрелые эритроциты. Они нечувствительны к эритропоэтину и способны дифференцироваться в другие клеточные линии при воздействии соответствующих факторов роста. Примитивные эритробласты характеризуются более быстрым созреванием и сокращенной продолжительностью жизни по сравнению с эритробластами плода и взрослого. 

Эритробласты желточного мешка представляют собой чрезвычайно крупные эритроциты (мегалобласты) со средним объемом клеток (MCV)> 450 мкл / клетку. 

Ко второму месяцу беременности кроветворение прекращается в желточном мешке, и уже печень становится центром кроветворения, достигая максимальной активности в течение третьего и четвертого месяцев беременности. 

Печень служит основным источником выработки эритроцитов с 9-й по 24-ю недели беременности. В течение этих недель беременности эмбриону необходимы эритроциты для транспорта материнского кислорода, чтобы обеспечить рост и развитие, роды приводят к резким изменениям в кровообращении и оксигенации. которые влияют на кроветворение, поскольку новорожденный совершает переход к раздельному биологическому существованию. 

По мере созревания плода наблюдается снижение MCV эритроцитов плода со среднего значения 134 fl / клетка через 18 недель и 118 fl / клетка через 30 недель беременности. Процент циркулирующих ядросодержащих эритроцитов уменьшается в среднем с 12% в 18 недель до 4%  в 30 недель.

Гемоглобин

Гемоглобин человека представляет собой тетрамер, состоящий из двух цепей глобина α-типа и двух цепей β-типа. Кластер генов α-глобина расположен на хромосоме 16 и содержит ген z 5 'для пары генов α-глобина. Генный кластер β-глобина расположен на хромосоме 11 и содержит пять генов глобина, ориентированных от 5 'до 3'. 

Во время эмбриогенеза гены на обеих хромосомах активируются последовательно от 5 'до 3' конца. Это «переключение» глобина связано не только с относительным положением генов глобина в их соответствующих хромосомных кластерах, но также с взаимодействующими областями контроля локусов «вверх по течению».

Предшественники эритроида являются макроцитами, что приводит к образованию ядросодержащих эритроцитов, содержащих эмбриональные гемоглобины. Эмбриональный гемоглобин - это тетрамер, образующийся на островках крови в зародышевом желточном мешке во время мезобластической стадии (с первой недели беременности до конца беременности). Хромосомные аномалии могут привести к задержке переключения с эмбрионального гемоглобина.   Существуют разные типы эмбрионального гемоглобина.

Гемоглобин Gower -1  (как ζ2ε2 или HbE Gower 1) форма гемоглобина,  существующая  только в течение эмбриональной жизни;  является первичным и основным гемоглобином у эмбрионов менее 5 недель беременности. Он состоит из двух дзета-цепей и двух эпсилон-цепей и относительно нестабилен, легко разрушается.

Гемоглобин Gower – 2 (α2ε2 или HbE Gower 2) является формой гемоглобина, существующей на низких уровнях в течение эмбриональной и внутриутробной жизни. Он был обнаружен у эмбрионов с гестационным возрастом всего 4 недели и отсутствует у эмбрионов старше 13 недель. Он состоит из двух альфа-цепей и двух эпсилон-цепей и несколько нестабилен, хотя и не так сильно, как гемоглобин Gower 1. Из-за его относительной стабильности по сравнению с гемоглобином Gower 1 и гемоглобином S он был предложен в качестве средства  для реактивации во взрослом возрасте  в случаях тяжелой β-талассемии и гемоглобинопатий у субъектов, которым реактивация гемоглобина F противопоказана из-за проблем с токсичностью.

Гемоглобин – Portland – I (γ2γ2 или HbE Portland 1) - это форма гемоглобина, существующая на низких уровнях во время эмбриональной и внутриутробной жизни, состоящая из двух дзета-цепей и двух гамма-цепей. Он обнаружен у молодых эмбрионов, но сохраняется у детей с гомозиготной α-талассемией. Синтез ζ и ε цепей уменьшается с увеличением α и β цепей/

Гетоглобин плода (α2γ2 ) - это основной гемоглобин жизни плода, синтез гемоглобина А может быть у плода уже в 9 недель беременности. У плодов от 9 до 21 недели беременности количество HB A (α2β2) возрастает с 4 до 13 % от общего гемоглобина.  Эти уровни HB A позволили провести антенатальную диагностику β-талассемии с использованием синтеза глобиновой цепи. После 34-36 недель беременности процентное содержание HB A (α2β2) возрастает, а процентное соотношение HB F (α2γ2) уменьшается. Количество HB F в крови варьирует у доношенных детей от 53 до 95% от общего гемоглобина. Концентрация фетального гемоглобина в крови уменьшается после рождения примерно на 3%  в неделю и, как правило, составляет менее 2-3% от общего гемоглобина к 6 месяцам. Эта скорость снижения выработки HB F тесно связана с гестационным возрастом младенца и не зависит от изменений окружающей среды и напряжения кислорода, которые происходят во время рождения. HB A2 (α2δ2) не был обнаружен у плодов. Нормальные уровни HB A2  достигаются в возрасте четырех месяцев ( Beutler E., et.al., 2011).

Состав крови плода заметно изменяется во втором и третьем триместрах. Средний гемоглобин у плода постепенно увеличивается с 9,0 ± 2,8 г / дл в возрасте 10 недель до 16,5 ± 4,0 г / дл в 39 недель. 

Лейкоциты

Лейкоциты каждого типа клеток систематически появляются на 9 неделе беременности, лимфоциты могут быть обнаружены в области вилочковой железы. Впоследствии они обнаруживаются в селезенке и лимфатических узлах. В отличие от желточного мешка, где гематопоэз ограничен эритроидными и макрофагальными клетками, гематопоэз в печени плода также включает другие миелоидные и лимфоидные линии.  Небольшое количество циркулирующих лейкоцитов присутствует на 11-й неделе беременности.  Гранулопоэз имеет место  в паренхиме печени и в некоторых областях соединительной ткани уже в 7 недель беременности. 

Миелоидные клетки, включая моноциты, возникают в результате двух последовательных версий гематопоэза, «примитивного» и «окончательного» гематопоэза, которые возникают во время развития . Во время примитивного кроветворения на эмбриональной стадии эритроциты, вырабатываемые желточным мешком, удовлетворяют повышенную потребность эмбриона в кислороде во время быстрого роста. Желточный мешок также приводит к образованию примитивных макрофагов в тканях, которые могут самопроизвольно поддерживаться в тканях путем пролиферации. Например, обновление микроглии мозга не зависит от циркулирующих предшественников, то есть от циркулирующих моноцитов, происходящих из костного мозга, а микроглия поддерживается пролиферацией в течение всей взрослой жизни .  Тканевые резидентные макрофаги, включая перитонеальные, селезеночные и легкие макрофаги, а также клетки Купфера, происходят из желточного мешка до рождения. В устойчивом состоянии эти клетки поддерживаются независимо от ввода моноцитов.  Кишечные макрофаги, а также воспалительные макрофаги в кишечнике происходят из одного и того же предшественника. Происхождение макрофагов и дендритных клеток, которые находятся в стенках кровеносных сосудов в устойчивом состоянии, еще не описано. Учитывая данные, недавно полученные из многих систем органов, включая сердце, эти клетки, вероятно, поддерживают себя локально, независимо от моноцитов крови, несмотря на то, что они находятся очень близко к этому пулу клеток.

Тромбоциты

Мегакариоциты присутствуют в печени к 6 неделе беременности, а  тромбоциты впервые проявляются в кровотоке на 8-9 неделе беременности. 

Количество тромбоцитов остается более 150000 / мкл от 15 недель беременности.

Гематопоэз плода

Гематопоэз	Срок беременности
Гемоглобин Gower -1	До 5 недель
Гемоглобин Gower – 2	4 -13 неделя
Мегакариоциты в печени	6 неделя
Гранулопоэз	7 неделя
Появление оформленных тромбоцитов	8-9 неделя
Печень основной  источник эритроцитов	9-24 неделя
Синтез гемоглобина А	9 неделя
Лимфоциты вилочковой железы	9 неделя
Лимфоциты в селезенке и лимфатических узлах	10 неделя
Небольшое количество циркулирующих лейкоцитов	11 неделя
Количество тромбоцитов более 150 000	15 неделя
Соотношение миелоид/ эритроид	21 неделя
Костный мозг , как основной орган кроветворения	24 неделя

 

Гематопоэз взрослого человека

У взрослых гемопоэтический мозг находится в осевом скелете и проксимальном эпифизе бедренной кости и плечевой кости. В этих областях костный мозг состоит из 10–90% жира в зависимости от возраста. На самом деле, по оценкам, у здорового взрослого человека жировая ткань костного мозга составляет от 1 до 1,5 кг (Hoffbrand V, Moss P ., 2011; Aguila H., et.al., 2005)

Ниша HSC, расположенная в костном мозге, имеет решающее значение для поддержания HSC. Ниша состоит из различных клеток, включая остеобласты, мезенхимальные стромальные клетки, периваскулярные клетки и адипоциты (Morrison S, Scadden D., 2014).

Остеобласты играют регулирующую роль в нише HSC и поддерживают поддержание наиболее примитивных HSC. Остеобласты являются ключевым элементом для миелоидного происхождения, поскольку мышиные остеобласты, как было показано, продуцируют G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), M-CSF (макрофагальный колониестимулирующий фактор), GM-CSF (гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор ), IL-1 (интерлейкин-1), IL-6 (интерлейкин-6) среди других цитокинов, которые поддерживают пролиферацию HSC . В то же время остеобласты также продуцируют ингибирующие молекулы, такие как остеопонтин, которые ограничивают гематопоэтическую репликацию и играют общую поддерживающую роль в длительном поддержании HSC.

Адипоциты являются важными компонентами кроветворной микросреды. Долгое время они считались пассивным пространственным наполнителем в костном мозге, они также секретируют цитокины со смешанной гематопоэтической активностью, такие как нейропилин-1, адипонектин и лептин. Было показано, что у мышей полностью дифференцированные адипоциты оказывают негативное регуляторное влияние на пролиферацию HSC в контексте стрессового гематопоэза и посттрансплантационной аплазии, тогда как у мышей и человека они поддерживают выживание наиболее примитивных гематопоэтических стволовых клеток

Гематопоэз в процессе старения

Клеточность костного мозга уменьшается с возрастом, что, по оценкам исследований гистологических срезов и магнитно-резонансной томографии, это подтверждает. Исследования костного мозга от переднего подвздошного гребня демонстрируют прогрессирующее снижение клеточности с 80-100%  до примерно 50%  в течение первых 30 лет жизни. Клеточность около 40%  была обнаружена в мозге грудины у нормальных взрослых. В костном мозге подвздошной кости имеется плато с клеточностью около 50% до 65 лет, после чего происходит снижение клеточности до 30% в течение следующего десятилетия. 1Это последнее снижение может быть связано с увеличением жира, связанного с остеопорозом, с уменьшением объема губчатой ​​кости, а не с уменьшением гемопоэтических клеток. Эти изменения могут объяснять более выраженную гипоцеллюлярность костного мозга в подкорковой зоне.

Концентрация 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах (2,3-BPG)   снижается с возрастом  Осмотическая хрупкость эритроцитов увеличивается у пожилых людей по сравнению с более молодыми субъектами. Это явление связано с увеличением среднего корпускулярного объема (MCV) и снижением средней концентрации корпускулярного гемоглобина (MCHC) в эритроцитах пожилых людей. 

Иммунное старение, возрастные дефекты лимфопоэза, влияет на гуморальный и клеточный иммунитет. Тимус исчезает в раннем среднем возрасте, и реакции взрослых людей  зависят от ответа Т-лимфоцитов во вторичной ткани.  Число нативных Т-клеток уменьшается у пожилых людей, увеличивая зависимость от Т-клеток памяти. Т-клетки пожилых имеют нарушенную чувствительность к митогенам и антигенам в результате снижения экспрессии костимулятора CD28. 

Снижение иммунной функции, опосредованной лимфоцитами, является наиболее значительным изменением при старении. Инволюция тимуса происходит после полового созревания, а полная атрофия тимуса происходит к концу среднего возраста. С этими изменениями развитие Т-лимфоцитов, опосредованное тимусом, исчезает, и пожилые люди зависят от своего существующего пула Т-лимфоцитов для опосредования Т-клеточных иммунных ответов. В отсутствие функции тимуса число наивных Т-клеток уменьшается у пожилых людей, и Т-клетки памяти являются преобладающим типом. Функция В-лимфоцитов зависит от вспомогательных ролей Т-клеток, и сниженная способность генерировать ответы антител, особенно на первичные антигены, может быть результатом неадекватности Т-клеток, а не внутренним недостатком В-лимфоцитов. 

Количество естественных клеток-киллеров увеличивается, но их функция нарушена. Задержка реакции гиперчувствительности снижается у пожилых людей. Эти иммунологические дефициты коррелируют с общей смертностью у лиц старше 60 лет. Концентрации сывороточного иммуноглобулина М и G у лиц старшего возраста существенно не меняются. Уровни сывороточного IgA увеличиваются с возрастом. 

Повышенная распространенность аутоантител (например, ревматоидного фактора против IgG) также наблюдается у пожилых людей. Моноклональные плазменные иммуноглобулины (эссенциальная моноклональная гаммопатия) обнаруживаются с возрастающей частотой, достигая 3%   у людей старше 70 лет и почти 6%  у людей в возрасте от 80 до 89 лет.

Количество тромбоцитов не меняется с возрастом. Повышенные уровни в плазме двух составляющих α-гранул тромбоцитов, β-тромбоглобулина и фактора iv тромбоцитов, были обнаружены у лиц старше 65 лет по сравнению с более молодыми людьми. Наблюдалась повышенная in vitro реакционная способность к агрегации тромбоцитов. Снижение активности протеинкиназы С мембраны тромбоцитов и транслокации в цитозоль после активации тромбоцитов были отмечено в тромбоцитах  пожилых людей.

Концентрации в плазме фактора VII коагулянтной активности и антигена, фактора VIIIC, фактора Виллебранда, фибриногена, фибрино-пептида А и тканевого антигена-активатора плазминогена увеличиваются с возрастом. Установлено, что уровень фибриногена является фактором риска развития тромботических сосудистых заболеваний. У здоровых долгожителей были повышены уровни активированного фактора VII, активирующих пептидов протромбина, факторов IX и X и концентрации комплекса тромбин-антитромбин, признаки более высокой, чем ожидалось, активности фермента коагуляции. Более высокие комплексы D-димер и плазмин-антиплазмин указывают на сопутствующее увеличение фибринолитической активности. Таким образом, коагулянтная и фибринолитическая активность, по-видимому, увеличивается у пожилых людей как в исследованиях in vitro, так и in vivo. У пожилых пациентов может наблюдаться преувеличенный антикоагулянтный ответ на варфарин.

 Некоторые гематологические заболевания увеличиваются по частоте с возрастом.  Отмечается  заметный рост клональных (неопластических) заболеваний кроветворения, который отображает частоту возникновения лейкозов (совокупность четырех основных типов), лимфомы и миеломы с 5-летними интервалами. Включение острого лимфоцитарного лейкоза, который имеет режим около 3,5 лет, а затем снова увеличивается по частоте после среднего возраста, не снижает драматический возрастной показатель заболеваемости. Хотя гематологические злокачественные новообразования могут возникать в любом возрасте, некоторые расстройства распространены у лиц старше 50 лет ( Esan A., 2016)