Контактный тип
Подобный контактный тип клеточного взаимодействия играет значительную роль в регуляции движения, роста и размножения клеток в культуре ткани. Для фибробластов медиаторами в этом процессе могут служить находящиеся на клеточной поверхности фибронектин, мембранный коллаген и другие компоненты мембран и экзомембранного пространства (см. раздел 1.1.4). Большое значение клеточным контактам придается в передаче факторов индукции при эмбриональном морфогенезе. Классическим примером контактного взаимодействия может служить «предъявление» макрофагами поверхностного суперантигена лимфоцитам при их контакте (см. раздел 1.3). Важную роль играет контактное взаимодействие между макрофагами в воспалительной гранулеме, а также между макрофагами и фибробластами при фиброзе (см. раздел 5.2). В соединительной ткани в норме и при воспалении часто также встречаются контакты между тучными клетками и макрофагами, лимфоцитами и фибробластами, нейтрофилами и лимфоцитами, физиологическая роль которых еще недостаточно ясна. К особым типам клеточных контактов следует отнести «киллерные» эффекты лимфоцитов и макрофагов по отношению к другим клеткам («убивающая» информация). в) Регуляция с помощью нерастворимых «структурных медиаторов». Здесь имеются в виду прежде всего коллагеновые волокна, которые вследствие своей биохимической и структурной вариабельности обладают информативными свойствами (подробнее см. раздел 3.2). Структурные гликопротеины, которые находятся в межклеточном матриксе в виде микрофибрилл и мембраноподобных образований, тесно контактируя с клетками, также, вероятно, несут информативную функцию. Это позволяет считать коллаген и структурные гликопротеины не только механическими образованиями, но и своеобразными нерастворимыми структурными «медиаторами» фибробластов, которые с их помощью влияют на другие клеточные системы, регулируя свое микроокружение. К этому типу «медиаторов» можно причислить и протеогликаны (гликозаминогликан — белковые комплексы), хотя они обладают большей растворимостью и мобильностью. Следует также указать, что коллаген и структурные гликопротеины в незначительном количестве находятся в тканях и в растворимом виде, возможно, играя роль растворимых медиаторов.
Связи
На рис. 51 сделана попытка показать известные к настоящему времени связи между клеточными (и межклеточными) системами, опосредованные медиаторами или основанными на клеточных контактах. Как видно на схеме, большинство таких связей являются взаимными, но и в случаях однонаправленного влияния также имеется обратная связь между любыми двумя клеточными системами, но опосредованная другими системами. При подобной взаимосвязанности каждый из медиаторов является звеном в цепной реакции. Активация одной из клеточных систем внешними стимулами включает каскад клеточных взаимодействий, неспецифических или специфических для агента реакций, направленных на инактивацию агента и восстановление гомеостаза. В случае слабых воздействий цепная реакция быстро з’атухает, не приводя к заметным структурным изменениям. При сильных или частых воздействиях, при обширных повреждениях разворачивается цепь последовательного включения клеточных и циркулирующих в крови гуморальных регу – ляторных систем, нервно-эндокринной регуляции, ведущих к формированию воспалительных и регенераторных процессов.5. Клеточные регуляторы, как и все другие биологические и небиологические регуляторные системы, основаны на кибернетических принципах: «обратной связи», «необходимого разнообразия», «принципе антагонизма», реализуемом практически во всех клетках соединительной ткани, которым свойственны антагонические функции: секреция гепарина и гистамина в тучных клетках, секреция противоположных по действию медиаторов и модуляторов в макрофагах, лимфоцитах, нейтрофилах и тромбоцитах (стимуляторов и ингибиторов ряда процессов), продукция коллагена и фиброклазия фибробластами. Можно говорить также о «принципе дублирования», по-видимому, повышающем надежность системы, например, фагоцитоз, секреция лизосомных ферментов и нейтральных протеиназ (коллагеназы, эластазы и др.) присущи нейтрофилам, макрофагам и фибро – бластам; фактор угнетения миграции макрофагов (ФУМ) продуцируется лимфоцитами и фибробластами, колонийстимули – рующий фактор и фактор роста макрофагов — макрофагами и фибробластами; факторы роста фибробластов — фибробластами, макрофагами и тромбоцитами; протеазы, активирующие про – коллагеназу и кининовую систему, — тучными клетками и макрофагами и т. д.
Макрофаги
Макрофаги в свою очередь продуцируют большое число различных медиаторов (монокинов), влияющих на размножение, дифференцировку, миграцию и функции фибробластов, лимфоцитов и тучных клеток. Регулируют они также образование и состав межклеточного вещества, с одной стороны, секретируя медиаторы, усиливающие рост фибробластов и синтез в них коллагена, а с другой — продуцируя коллагеназу и другие ферменты. Лимфоциты влияют на различные клеточные процессы через секретируемые ими лимфокины, в том числе они стимулируют синтез коллагена, а также выработку коллагеназы макрофагами и фибробластами. Регулирующая роль тучных клеток опосредуется через влияние на микроциркуляцию, но кроме того гепарин, гистамин, серотонин, протеазы и другие медиаторы, которые можно назвать лаброкинами, непосредственно действуют на пролиферацию фибробластов, фагоцитоз макрофагов, миграцию эозинофилов, фибриллогенез и коллагенолизис. 3 Клетки каждой из популяций взаимодействуют с клетками всех других популяций, а также с межклеточным матриксом, с клетками паренхимы и микроциркуляторного русла (эндотелием, перицитами) своего микрорайона. Таким образом, кроме внутрипопуляционной, имеется и межпопуляционное клеточное взаимодействие, которое формирует сложную систему прямых и обратных связей, регулирующих (под контролем центральных механизмов) численность, качественный состав и интенсивность функций каждой из клеточных популяций, координирующих и интегрирующих все системы в одно целое и обусловливающих адаптацию в условиях патологии. 4 Каждая из клеточных популяций, обладая влиянием на другие, играет роль регулятора в своем микрорайоне или регионе; удельный вес регулятора в общей реакции адаптации может меняться в зависимости от воздействующего фактора и характера патологического процесса. Ключевую роль при этом играет не какая-либо одна из популяций, а взаимодействие их между собой в кооперативном ответе. Примером может служить известная кооперация макрофагов и лимфоцитов в иммунном ответе, тучных клеток, нейтрофилов и макрофагов при остром воспалении, макрофагов, фибробластов, лимфоцитов и тромбоцитов при хроническом воспалении и заживлении ран, нейтрофилов, макрофагов, фибробластов и тучных клеток в коллаге – нолизе и т. д. При этом весьма вероятно, что кроме основных вышеназванных клеток в каждой из этих кооперативных реакций участвуют и все другие клетки соединительной ткани и крови.
На их наружных мембранах
В табл. 8 перечислены основные медиаторные факторы, которые в физиологических условиях и/или при патологии секрети – руются клетками СТ в межклеточную среду или находятся на их наружных мембранах и воздействуют на другие клетки и неклеточ’ные компоненты. Большинство их имеет гликопротеи – новую или полипептидную природу. Как видно из табл. 8 и из приведенных в главах 1 и 2 материалов, все клеточные элементы осуществляют регуляторную функцию в своем регионе. Фибробласты, например, путем взаимных клеточных контактов и контактов с коллагеном, а также секреции факторов роста и ингибиторов (кейлонов) осуществляют ауторегуляцию роста собственной популяции. Они контролируют также состав и структуру основных компонентов межклеточного матрикса (коллагена, эластина, протеогликанов и структурных гликопротеинов), так как в их функцию входит не только продукция этих веществ, но и катаболизм их путем прямого фагоцитоза фибрилл или секреции коллагеназы, нейтральной протеиназы, ка – тепсинов, гиалуронидаз. Кроме того, фибробласты секретируют факторы, регулирующие продукцию гранулоцитов и макрофагов, а также численность, миграцию и функции макрофагов, дифференцировку лимфоцитов. Медиаторы фибробластов по аналогии с лимфокинами и монокинами можно обозначить как фиброкины.
Клетки соединительной ткаии как короткодистаитиые регуляторы
Мы уже отмечали наличие построенных по иерархическому принципу регуляторных систем гомеостаза. Нервная система для соединительной ткани, как и любой другой ткани в организме, является центральным звеном регуляции, аппаратом, контролирующим интенсивность и направленность обменных процессов, регулирующих их скорость соответственно меняющимся условиям окружающей среды. Следующим звеном является гуморальная регуляция, осуществляемая эндокринной системой и физиологически активными веществами (медиаторами) различного происхождения. Эти вещества делятся иа происходящие из клеток и формирующиеся в плазме крови с участием или при воздействии клеточных факторов [Чернух А. М, 1972]. Примером таких гуморальных эффекторных систем является калликреин-кининовая система и система комплемента, имеющие особое значение при воспалении. В отдельных органах имеются особые внутриорганные системы регуляции. Кроме того, следует выделить систему локальной клеточной регуляции, основанную на межклеточных взаимодействиях. Эта система играет важнейшую роль в поддержании гомеостаза, процессах роста, регенерации и патологии, но ей до сих пор уделялось недостаточно внимания, несмотря на накопление большого фактического материала и открытие многочисленных клеточных медиаторов. Анализ данных литературы и собственных исследований позволяет выдвинуть положение о том, что все клетки соединительной ткаии являются локальными (ко – роткодистаитиыми) регуляторами своего микрорайона, региона или органа, так как они оказывают регулирующее влияние на другие клетки соединительной ткани, паренхиматозные клетки, межклеточное вещество и микроциркуляторное русло. Необходимо выделить следующие основные положения выдвигаемой концепции. Регуляторами являются все клеточные популяции, а не
Между эпителием и прилежащей к нему
Сказанным, безусловно, не ограничиваются сложные взаимосвязи между эпителием и прилежащей к нему соединительной тканью, которые ведут к перестройке соединительнотканной стромы при изменениях эпителиальных структур, и наоборот. Хорошо известны данные об индуктивных влияниях одной ткани на другую в процессе эмбриогенеза, регенерации или совместного культивирования [Kempbell Н, 1970; Grobstein С., 1964, 1975]. Рост и дифференцировка эпителия глаза, почки, поджелудочной, молочной или слюнной железы, кожи и др. зависит от взаимодействия его с мезенхимой. При этом имеют значение как непосредственные межтканевые контакты (в том числе влияние коллагена), так и секретируемые индукторы, что было показано при культивировании эпителия поджелудочной железы, разделенного с мезенхимой микропористым фильтром [Grobstein С, 1964]. Об индуктивной способности эпителия свидетельствует влияние переходного эпителия мочевого пузыря на костеобразование в соединительной ткани [Фриденштейн А. Я, 1973]. При заживлении кожных ран созревание соединительной ткани завершается только после эпителизации дефекта.Важнейшую роль эпнтелно-мезенхимные взаимоотношения играют при развертывании патологических процессов, особенно в развитии склероза органов [Казначеев В. П. и др, 1972, 1978].
Соединительная ткань
В этих взаимоотношениях участвует соединительная ткань как интегральное целое и каждый из ее элементов в отдельности. Роль фибробластов во взаимоотношениях реализуется прежде всего через продукты их специфической секреции: коллаген и эластин, протеогликаны и гликопротеины, хотя нельзя исключить влияние и других производных этих клеток, например фибронектина. Например, для образования колоний эпидермаль – ного эпителия в культуре необходимо добавление фибробластов или продуктов их жизнедеятельности [Green Н., 1977]. Коллагеновые и ретикулиновые волокна являются опорным каркасом для паренхиматозных клеток и, возможно, «каналами» дляпродвижения по ним мелких частичек. Кроме того, коллаген играет важнейшую информационную роль в индукции морфогенеза, в регенерации и других ситуациях (см. разделы 3.2 и 5.2). Активная роль гликозаминогликанов и их протеогликанов, а также гликопротеинов в осуществлении трофической функции соединительной ткани, а именно в регуляции водно-солевого равновесия, транспорте продуктов питания и обмена, циркуляции в межклеточных пространствах гормонов, витаминов и других активных веществ, а также влияние протеогликанов на размножение клеток, в том числе эпителиальных, отражено нами в разделе об основном веществе (см. раздел 2.1). Следует отметить при этом и обратное влияние эпителиальных клеток на межклеточное вещество, в частности путем продукции ими коллагеназы и гиалуронидаз. Л. Г. Целлариус (1964) считает, что в условиях репаративной регенерации, склеротических процессов и опухолевого роста существует регуляторная обратная связь между десмолитической функцией эпителия и десмопла – стической функцией фибробластов. По мнению Ю. М. Васильева (1961), при опухолевом росте эпителий продуцирует вещества, стимулирующие пролиферацию клеток соединительной ткани, что в свою очередь является необходимым условием для разрастания эпителия. По-видимому, это относится и к регенерирующим клеткам. Так, в наших исследованиях [Лер - ман М. И, Шехтер А. Б. и др, 1977] было показано, что низкомолекулярные вещества, полученные из регенерирующей после частичной гепатэктомии печени, значительно усиливают пролиферацию фибробластов и заживление ран.
РОЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КЛЕТОК В РЕГУЛЯЦИИ ГОМЕОСТАЗА
311 Принцип иерархичности систем организации и регуляции; эпителио-мезенхимные взаимоотношения. Одним из основных принципов системного подхода является необходимостьисследования процессов, связывающих элементы системы с ее целями. В приложении к соединительной ткани за «цели» системы следует принять ее основные функции, которые рассматривались нами во введении. Учитывая, что соединительная ткань вместе с кровью является тканью внутренней среды, одной из основных ее функций («целей») является поддержание гомеостаза. W. Cannon (1920), предложивший этот термин, понимал под ним активное равновесие внутренней среды, обусловливающее ее стабильность и униформность. Поскольку стабильность в живом организме, как и в любой развивающейся открытой системе, обеспечивается динамическими, а не статическими процессами, позже был введен термин «гомеодсинез». Гомеостаз и гомеокинез реализуются благодаря совокупности систем регуляции, которые в зависимости от интенсивности воздействия факторов внешней среды включают те или другие механизмы адаптации. Процессы, происходящие в биологических системах, обычно рассматриваются в зависимости от уровней организации живого: биосферного, популяционно-видового, организменного, органного, тканевого, клеточного, субклеточного (органоидного), молекулярного, субмолекулярного. На каждом уровне существуют различные системы регуляции, относительно автономные, но взаимодействующие между собой и также построенные по иерархическому принципу. На двух высших уровнях организации живого действуют общебиологические закономерности, прежде всего эволюционные законы Дарвина, а в человеческой популяции — и социальные законы. На уровне целостного организма осуществляется центральная регуляция: нервная, нейросекреторная, эндокринная, адаптационный синдром Селье и др. Важную роль играют также циркулирующие в крови медиаторы типа веществ систем комплемента, фактора Хагемана, гемокоагуляции. На органно – тканевом и клеточном уровнях эти регуляторные системы продолжают действовать, однако большое значение (особенно на тканевом уровне) приобретают локальные системы ауторегуля – ции, реализуемые путем взаимодействия клеток. На субклеточном и молекулярном уровнях действуют особые, во многом не познанные молекулярные системы регуляции обмена, внутриклеточной и молекулярной регенерации, клеточной репродукции, находящиеся под контролем более высоких уровней регуляции [Саркисов Д. С, 1977].
Согласно корпускулярной модели
Согласно корпускулярной модели [Partridge S. М., 1966; Veis-Fogh Т., Anderson S. О., 1970], эластин состоит из отдельных глобулярных частиц размером около 5 нм, соответствующих по молекулярной массе относительной индивидуальной молекуле тропоэластина (74 000—-75 000 дальтон). Гидрофобные остатки повернуты внутрь глобулы, а гидрофильные остаются снаружи. Эластин, растворимый в воде, представляет собой двухфазную систему, как бы состоящую из «капель масла», которые сопротивляются изменению положения, так как при натяжении сферические глобулы становятся элиптоидными и соприкасаются, что усиливает гидрофобность системы. Близка к этому и модель «oiled coil» («масляная спираль»), предложенная W. R. Gray и соавт. (1973). Вместо глобул в ней предусмотрены спирали с гибкими и ригидными (содержащими десмозиновые поперечные связи) участками. В последнее время большое распространение получили фила – ментарные модели строения эластина, основанные на данных изучения негативно окрашенных очищенных образцов эластина в электронном микроскопе [Сох В. A. et al., 1974; Gotte L. et al., 1974; 1977; Urry D. W., 1974, 1978; Volpin D., 1977]. При изучении коацерватов эластина, фиксированного в состоянии расслабления, установлено, что он состоит из парных расположенных параллельно друг другу нитей диаметром 1,5 нм, расстояние между которыми составляет 3—4 нм. Через каждые 3—3,5 нм имеются центры уплотнения, которые создают впеча тление периодичности. При фиксации молекул эластина в состоянии натяжения толщина нитей возрастает (она становится равной 3—5 нм), что объясняется сближением нитей диаметром 1,5 нм друг с другом. Одновременно происходит увеличение длины периода между центрами уплотнения: она становится равной 4—4,5 нм. Такие наблюдения позволили предположить, что в зрелом эластине отдельные молекулы тропоэластина упорядочены в сеть параллельных друг другу цепей, попарно соединенных друг с другом при помощи ковалентных поперечных связей, в области которых формируются центры уплотнения, в то время как соседние пары не связаны между собой.
Молекулярная структура эластина
Аминокислотный состав эластина в настоящее время достаточно изучен {Sand – berg L. В., 1976; Partridge S. М., 1977]. Отсутствие триптофана, цистина и метионина, высокое содержание валина и аланина и низкое по сравнению с коллагеном содержание оксипролина являются четкими критериями для идентификации этого белка в различных образцах соединительной ткани [Ross R., 1973; Cosline J. М., 1976]. Особую роль в молекулярной структуре эластина играют два не встречающихся в других белках гетероциклических компонента, которые впервые описаны W. A. Thomas и соавт. (1963), назвавшими их десмозином и изодесмози – ном (от греческого корня «десмос» — связь). Позднее было установлено, что эти компоненты формируются в результате конденсации четырех остатков лизина, объединение которых д^эуг с другом приводит к формированию поперечных связей Между соседними полипептидными цепями в молекуле эластина [Franzblau С., 1969; Foster J. А., 1977]. В работах последних лет описаны другие компоненты (лизиннолейцин, продукты конденсации альдолов, дигидротетрагидро – и меродесмозины), являющиеся промежуточными продуктами при формировании поперечных связей зрелого эластина [Foster J. A. et al., 1974; Paz M. A. et al., 1977]. 145 Дальнейший прогресс в изучении молекулярной структуры эластина связан с выделением растворимых форм этого белка. Следует отметить, что а – и р-эластины— растворимые продукты, образующиеся при обработке ткани щавелевой кислотой [Partridge S. М., 1962], не являются, как оказалось, мономерными субъединицами белка [Franzblau С., 1969]. Позже удалось выделить из аорты свиней, находящихся на медь-дефицитной диете, а также при действии химических латирогенов, растворимый в солевых растворах белок, соответствующий по аминокислотному составу эластину, но не содержащий десмо – зинов [Weissman J. et al., 1963; Smith D. W., 1968; Sykes S., Partridge S. M., 1972]. По аналогии с тропоколлагеном этот белок получил название тропоэластина [Sandberg L. В. et al., 1969], так как считали, что он является предшественником зрелого эластина. Впоследствии это полностью подтвердилось благодаря использованию адекватных методов изучения биосинтеза эластина в развивающихся тканях и культурах гладких мышц [Gerriti С., Cliff W. J., 1975; Smith D. W. et al., 1977;