1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Успехи физиологических наук
  4. T. 50, № 4, 2019

Успехи физиологических наук, 2019, T. 50, № 4, стр. 40-49

Лимфопоэз и миграционные процессы

А. Ф. Повещенко a, В. И. Коненков a, Г. А. Шкурат a, *, А. Ю. Летягин a

a Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения “Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук”
630117 Новосибирск, Россия

* E-mail: gashkurat2016@yandex.ru

Поступила в редакцию 07.03.2019
После доработки 14.04.2019
Принята к публикации 12.05.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Обзор посвящен анализу механизмов дифференцировки, созревания и миграции популяций лимфоидных клеток и их предшественников. В результате сложного многостадийного процесса дифференцировки гемопоэтических стволовых клеток происходит образование зрелых T-, B- и NKT-клеток.

Ключевые слова: лимфопоэз, гемопоэтические стволовые клетки (HSC), лимфоциты, клеточная миграция

Лимфопоэз представляет собой совокупность процессов, при которых происходит развитие и дифференцировка лимфоидных клеток [29, 32]. В результате дифференцировки гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) происходит образование общих лимфоидных (CLPs) предшественников, из которых развиваются все типы лимфоидных клеток (T-, B- и NK-клетки), и общих миелоидных (CMPs) предшественников, которые могут дифференцироваться в эритроциты, мегакариоциты, макрофаги и гранулоциты [11, 32]. Все этапы лимфопоэза неразрывно связаны с процессами клеточной миграции [20, 52, 56].

ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) костного мозга способны перемещаться из одних специализированных ниш в другие, а также покидать этот кроветворный орган с током крови или возвращаться обратно. Миграционное поведение стволовых клеток в костном мозге определяется сигналами, исходящими из этих ниш [26, 45].

В костном мозге ГСК находятся в определенных нишах и прямо контактируют со стромальными клетками и экстрацеллюлярным матриксом этого органа. В настоящее время нет единого мнения о локализации ГСК в костном мозге. Некоторые исследователи считают, что большинство ГСК локализовано в эндостальном регионе [27, 52, 63, 65, 67]. Другие авторы [13], наоборот, утверждают, что делящиеся и неделящиеся ГСК находятся в периваскулярных нишах и тесно взаимодействуют с кровеносными синусоидальными сосудами костного мозга. Вероятно, функциональная активность ГСК зависит от многочисленных факторов, в том числе от межклеточного взаимодействия внутри этих ниш и костномозгового экстрацеллюлярного матрикса.

Hardy c соавт. и Lamorte с соавт. [21, 37] считают, что долгоживущие ГСК в норме живут в остеобластных нишах, в которых созданы благоприятные условия для самоподдержания этой популяции. Клеточный компонент этого вида ниш гетерогенен и представлен остеобластами, остеокластами, CAR (CXCL12-насыщенными ретикулярными) клетками и стромальными фибробластами [21, 37]. При возникновении определенных активирующих сигналов ГСК данного фенотипа увеличиваются в размерах, пролиферируют и мигрируют из остеобластных ниш в сторону васкулярных, расположенных в центральной части костного мозга. Миграция ГСК из остеобластных ниш в васкулярные регулируется многочисленными сигналами, в том числе c-kit/Stem Cell Factor (SCF); CXC chemokine receptor 4 (CXCR4)/stromal-cell derived factor-1 (SDF-1) и granulocyte colony-stimulating factor (GCSF) [25, 31, 37].

Дифференциация ГСК, по мнению Lamorte и соавт. [37], происходит в периваскулярных нишах с участием FGF-4, SDF-1, VCAM-1/α4β, VE-cadherin и Notch1 – сигнальных путей. SDF-1 необходим для миело- и В-лимфопоэза, а Notch1, по-видимому, является ключевым регуляторным сигналом, определяющим Т-, а не В-клеточный вектор коммитирования [37, 40, 49]. Можно предположить, что в васкулярных нишах происходят и основные этапы NK-клеточного развития.

В настоящее время ряд авторов [16, 57, 58] считает мезенхимальные стволовые CAR/LepR+ клетки [CXC chemokine ligand (CXCL)12-abundant reticular (CAR) cells или leptin receptor-expressing (LepR+) cells], экспрессирующие высокий уровень CXCL12 и SCF, доминирующей клеточной популяцией в костномозговых нишах ГСК. С CAR/LepR+ клетками ассоциированы почти все CD150+CD48−Lin−ГСК. Кроме того, благодаря использованию α-catulin [3] и H2B-GFP [18] генетических маркеров, был выявлен контакт почти всех долгоживущих ГСК (long-term repopulating HSCs (LT-HSCs) с отростками CAR клеток [3, 55, 57]. Согласно данным Omatsu с соавт. и Galán-Díez с соавт. CAR/LepR+ клетки составляют большинство среди клеток перисинусоидальных ниш костного мозга [19, 46].

Васкулярные ниши неразрывно связаны с венозными синусоидами, стенка которых состоит из эндотелиальных клеток, базальной мембраны и периваскулярных ретикулярных клеток. Электронно-микроскопические исследования выявили многочисленные микросайты внутри эндотелиальных клеток, в которых имеет место слияние люминальной и наружной мембран, и вследствие этого, – формирование так называемых мембранных фенестр. Через эти структуры мигрируют в кровь зрелые гемопоэтические [30, 45, 65] и, возможно, стволовые и прогениторные клетки.

Эндотелий венозных синусоидов васкулярных ниш функционально и фенотипически отличается от всех других типов эндотелиальных клеток организма. Принимая участие в мобилизации и хомминге СК и прогениторных клеток, он постоянно секретирует CXCL12, а также E-selectin и VCAM-1. Кроме того, синусоидный эндотелий побуждает СК к пролиферации и дифференциации [45, 52, 65].

В миграционный процесс вовлечены также периваскулярные ретикулоциты. Для них, по мнению Kiel1 и Morrison [30], характерна значительно более высокая секреция CXCL12 (SDF-1), чем для других клеток костного мозга [30]. Однако Nervi и соавт. [45] считают остеобласты главным источником CXCL12. CXCL12, являясь хемокином, в сочетании со своим рецептором CXCR4, экспрессируемым HSCs, и молекулами Rac-семейства, участвует как в хомминге, так и в мобилизации СК и гемопоэтических прогениторов [65].

Мобилизация клеток из костного мозга, также как и их хомминг, являются физиологическими процессами, в которых принимают участие различные молекулы, в том числе адгезины, хемокины и цитокины [1, 2, 53, 68]. К настоящему времени пусковой механизм мобилизационного процесса неизвестен, а спектр биомолекул, вовлеченных в этот процесс, изучен далеко не полностью.

Список молекул, связанных с миграционным процессом, можно начать с цитокина SCF (stem cell factor – лиганд для с-Kit), экспрессируемого остеобластами [43]. Другими молекулярными участниками этого процесса являются VLA-4, CD62L и CD44, экспрессируемые HSCs и HpCs, а также VCAM-1, PSGL и HA (соответствующие лиганды), продуцируемые клетками стромы. Кроме вышеперечисленных молекул в процесс миграции вовлечены IL-8, macrophage inflammatory protein (MIP)-1α, MIP-1β и Groβ.

После выхода СК и гемопоэтических предшественников из костного мозга, они попадают в кровоток и разносятся по всему телу. По-видимому, эти клетки оказываются в различных органах в пропорции, соответствующей величине тока крови в них. При исследовании клиренса введенных прогениторов выявлено [62, 68] быстрое выведение этих клеток из циркуляции: 90% – в течение 30 с и 99% – около 6 мин. Среди циркулирующих в крови прогениторов выявлены HSCs, MPPs, LMPPs/ELPs, CLPs, а также ETPs. Оказавшись в тимусе, LMPPs/ELPs,CLPs и ETPs вовлекаются в Т-клеточный лимфопоэз.

РАЗВИТИЕ Т-КЛЕТОК

Т-лимфоциты развиваются из клеточных линий, ведущих свое начало из стволовых гемопоэтических клеток (HSCs) костного мозга [36, 43]. HSCs способны покидать костный мозг с током крови, но колонизировать тимус и дифференцироваться в тимоциты они не могут [41, 52]. Этот факт наводит на мысль, что в костном мозге осуществляется ряд дифференцировочных претимических стадий [7, 43].

Процесс образования костномозговых предшественников тимоцитов изучен недостаточно. В настоящее время выявлено несколько промежуточных форм этих предшественников: LMPPs (lymphoid-primed multipotent progenitors, Lin−Sca-1+c-Kit+), CLPs (common lymphoid-committed progenitor, Sca-1loc-kitloIL-7Rα+Lin−), ELPs (early lymphoid progenitors), CLP-2 cells, имеющих c-kitloB220+ фенотип [39, 41], и CTPs (T-lineage committed circulating T progenitors) [9, 34, 50]. Все эти клетки поступают в кровоток. Достигая тимуса, они принимают участие в Т-клеточном лимфопоэзе.

Т-лимфоцитарная дифференцировка в тимусе сопровождается миграцией тимоцитов внутри органа. Гемопоэтические предшественники входят в тимус через высокий эндотелий посткапиллярных венул в области кортико-медуллярного соединения и генерируют колонию ETP-клеток с фенотипом Sca-1+c-kit+IL-7Rα−Lin− (DN1, CD44+CD25–). Этот процесс сопровождается Notch активацией. Затем следует формирование DN2 (cKit+CD3-CD44+CD25+) клеток, которые мигрируют в наружную часть коркового вещества. Для DN1 и DN2 тимоцитов характерна высокая пролиферативная активность, не зависимая от TCR [43].

DN3 (cKit-CD44–CD25+) тимоциты устремляются в субкапсуллярную зону тимуса. На DN3 стадии пролиферация клеток прекращается. В этот период Notch лиганды во многом определяют генерацию либо αβ либо γδ Т-клеточных линий. Недостаточность Notch сигналов приводит к развитию γδ-клеточного пула. Notch1 необходимы для рекомбинационных процессов в TCRβ локусе. После формирования функционально эффективной TCRβ-цепочки, DN3 тимоциты экспрессируют функциональный комплекс pre-TCR, состоящий из pre-Tα и TCRβ-цепочки, а также CD3 молекул. Pre-TCR определяет в дальнейшем выживаемость, пролиферацию и дифференциацию тимоцитов в DN4 (CD44-CD25-) клетки. Эти тимоциты подвергаются быстрой клональной экспансии. В них инициируется генная реконструкция TCRα-цепочки, необходимая для дальнейшей дифференциации тимоцитов в дважды позитивные клетки (DP) [35, 43].

DP (CD4+CD8+) клетки перемещаются по коре в сторону мозгового вещества. На их долю приходится около 80–85% всех тимоцитов [12]. Основная доля этих клеток подвергнется негативной селекции и только около 18–25% из них продолжит свое развитие в мозговом веществе тимуса.

SP (CD4+CD8– или CD4–CD8+) тимоциты мигрируют из кортекса в мозговое вещество и находятся в нем 4–5 дней. На стадии развития SP-клеток важную роль играет активация GATA-3 гена, определяющего CD4-клеточную судьбу, и Runх3 вместе с Ikaros, влияющих на дифференцировку SP CD8-тимоцитов. Завершившие свое развитие тимоциты выходят из органа, чтобы пополнить пул периферических αβТ-лимфоцитов [6, 39, 42].

Выход зрелых αβТ-клеток из тимуса регулируется Klf2 транскрипционным фактором, который активирует такие молекулы, как CCR7, CD62L, β7 integrin, и sphingosine-1-phosphate receptor 1 (S1P1). Эти молекулы важны для успешной миграции наивных Т-клеток во вторичные лимфоидные органы [43]. Судьба γδТ-клеток в тимусе по сравнению αβТ-клетками менее изучена. И те и другие развиваются из общего костномозгового предшественника. В то же время отсутствует ясное представление о выборе CD4–CD8– тимоцитов в пользу γδ- или αβ-Т-клеточного развития. Вероятно, коммитирование в αβ- или γδ-клеточную линию происходит на стадии DN2–DN3 под воздействием нескольких факторов, в том числе величины Notch сигналов, экспрессии TCR и регулирующего влияния TCR-сигналов, повышенной экспрессии HMG-box транскрипционного фактора Sox13 [33, 38, 43, 64]. Дальнейшие стадии развития γδ-тимоцитов малоизвестны.

γδТ-клеточная популяция является минорной субпопуляцией циркулирующего пула Т-лимфоцитов, а также Т-клеток вторичных лимфоидных органов (около 1–5%). В то же время в эпителиальных тканях на долю γδТ-клеток приходится около 50% Т-клеток, обнаруженных в этой области [38].

Недостаточно информации и о развитии в тимусе NKT и Treg клеток, коммитированные пулы которых появляются после завершения стадии β-селекции. На формирование и селекцию Treg оказывают влияние и TCR, и эпителий тимуса [10]. Известно, что около 3–5% of CD4+SP тимоцитов экспрессируют CD25, и они пополняют периферический пул Treg-лимфоцитов.

NKT клетки развиваются в тимусе из CD4+CD8+ тимоцитов [14] в результате перестройки сегмента гена Vα14 в Jα18 TCRα.

Различают 3 субпопуляции этих клеток: I тип (iNKT) является доминирущим и представлен у человека Vα24 вариантом TCR (у мышей – Vα14 TCR), активация которого происходит после взаимодействия с гликолипидными молекулами (например, αGalCer), презентируемые MHC класс I-подобными молекулами CD1d. Для второго (II) типа клеток характерна CD1d – зависимая активация измененного (не-Vα14) TCR. Третий (III) тип составляют CD1d-независимые NKT – клетки, перестройка TCR которых отличается от других субпопуляций NKT.

Во время созревания iNKT-тимоцитов были выявлены четыре стадии дифференциации: CD24hiCD44–NK1.1lo (стадия 0) CD24loCD44loNK1.1− (стадия 1), CD44hiNK1.1− (стадия 2), and CD44hiNK1.1+ (стадия 3). Дифференциация iNKT клеток сопровождается повышением экспрессии маркеров T-клеточной активации (включая CD44, CD69, CD122), а также поверхностных молекул KLRG1 и NK1.1, характерных для NK-клеток [14]. Зрелые CD44hiNK1.1+ клетки с током крови покидают тимус, чтобы принять участие в ранней фазе иммунного ответа через продукцию множества различных цитокинов, оказывающих влияние на активность NK клеток, макрофагов, дендритных клеток, B- и T-лимфоцитов.

Таким образом, коммитированные в Т-клеточном направлении костномозговые полипотентные предшественники поступают с током крови в тимус, и в нем эти клетки претерпевают различные стадии дифференциации. В зависимости от молекулярных сигналов, исходящих из клеток микроокружения и дифференцирующихся тимоцитов, происходит коммитирование и развитие пяти зрелых форм Т-клеточных линий: γδТ-, CD4+-, CD8+-, NKT- и Treg-клетки. После созревания они с током крови покидают тимус и мигрируют во вторичные лимфоидные органы, а также нелимфоидные органы и ткани.

РАЗВИТИЕ В-КЛЕТОК

В-клетки, как и все гемопоэтические линии, развиваются из костномозговых гемопоэтических стволовых клеток [43] при непосредственном участии стромальных клеток костного мозга, включающих фибробласты, ретикулярные клетки, преадипоциты, эндотелиальные клетки и макрофаги. По-видимому, В-клеточное развитие происходит в специализированных васкулярных нишах костного мозга. Экспериментально обнаружено присутствие пре-про-В-клеток вблизи CXCL12hi ретикулярных клеток, тогда как дифференциация в про-В-клетки сопровождается миграцией в сторону IL-7-стромальных клеток. Незрелые В-клетки освобождаются от клеток стромы и мигрируют из костного мозга [43].

В-клеточный лимфопоэз характеризуется серией последовательных стадий трансформации в иммуноглобулиновом локусе прогениторных клеток, итогом которой является экспрессия функционального В-клеточного рецептора, способного отвечать на антигены [43]. Можно предположить, что все эти стадии сопровождаются направленной миграцией клеток-предшественников либо внутри одной васкулярной ниши (специализированной или временной для В-клеточного лимфопоэза), либо в нескольких.

Плюрипотентные ГСК, имеющие фенотип lineage (lin− ), Sca-1+, c-Kithi (LSK), под действием костномозговых сигналов дифференцируются в мультипотентные прогениторы (MPPs), которые, в свою очередь, дают начало клеточной линии Lin−Sca-1+c-Kit+Flt-3+ (LMPP) [52]. В таблице 1 даны фенотипические характеристики MPPs и LMPP.

Таблица 1.  

Фенотипические характеристики мультипотентных прогениторов (MPPs) и лимфоидных мультипотентных клеток-предшественников (LMPP) [52, 60, 65]

MPP CD34+ CD150low CD105+ Sca-1+ c-Kit+ Flt-3+ lin− CD48+
LMPP CD34+ CD150– CD105+ Sca-1+ c-Kit+ Flt-3+ lin− CD48+

Экспрессия рекомбинантного активационного гена (Rag), а также терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы означает постепенный переход в стадию раннего лимфоидного предшественника (ELP). Дальнейшие процессы дифференцировки клеток ELP-ряда приводят к появлению Sca-1loc-kitloIL-7Rα+Lin− CLP-фенотипической стадии [14, 23, 43]. Количество этих клеток невелико и их доля составляет около 0.05% от всех костномозговых клеток [5]. Транскрипционный фактор E box binding protein 2A (E2A) и Early B cell Factor-1 (EBF1) направляют CLPs по пути В-клеточного развития. В клетках под действием Paired box protein 5 (Pax5) и Ikaros инициируется и осуществляется V(D)J рекомбинация, а также экспрессия протеинов, необходимых для формирования пре- и зрелых В-клеточных рецепторов (BCR). Незрелые В-клетки подвергаются позитивной и негативной селекции на основании их антигенной специфичности. Сформированные функциональные BCR-комплексы содействуют выходу незрелых В-клеток из костного мозга. С током крови они попадают в селезенку, в которой В-лимфоциты у мышей претерпевают ряд транзитных стадий и превращаются в зрелые В-1-, фолликулярные и маргинальной зоны В-клетки [43].

Для выявления дифференцировочных стадий В-лимфопоэза необходимы маркеры, позволяющие выявить промежуточные клоны созревающих клеток. Ряд авторов [4, 5, 14, 21, 23, 43] на основании клеточных маркеров создали схему развития В-клеток. Согласно указанной схемы, различные В-клеточные стадии характеризуются комбинациями экспрессии поверхностных клеточных маркеров CD43, B220, BP.1, HAS (CD24), IgM, AA4.1 и некоторых других (табл. 2, 3, 4).

Таблица 2.  

Стадии и маркеры В-клеточной дифференцировки [4, 5, 23, 43, 47]

Стадии
CLP Pre-Pro-B Early Pro-B Late Pro-B Large Pre-B Small Pre-B Immature Transi-tional MZ Fo
Fr. A Fr. B Fr. C Fr. C' Fr. D Fr. E (T1–T3)   Fr. F
Маркеры
Lineage– μ 0 Rag-1/2 Rag-1/2 μ Rag-1/2 μ, κ      
AA4+ D → J V → DJ κ0 Vκ → Jκ
Sca-1low SLC SLC SLC μ
Flt-3+ Pro-B Early Pre-BI Late Pre-BI Large Pre-BII Small Pre-BII        
(CD135)+ AA4+ AA4+B220+CD19+CD43+CD34+CD10+ AA4+B220+CD19+CD43−CD34−CD10+ AA4+      
B220+ CD34−
IL-7Rα+ CD19− CD10+
(CD127)+ CD43+ CD19+
CD40+
CD93+ CD23−
sIgMhighh
c-kit+ sIgD−/low HSAhig
(CD117)+ CD62L–
CD21/35−/low
Flt-3(CD127)+IL-7Rα (CD127)+CD93+B220+ CD43+ B220+CD43– B220+
CD43–
IgM+		     B220+
IgM+
IgD+
human + humanCD34+ CD34− CD34− CD34−   IgMhi IgMlo
CD34 CD10+ CD10+ CD10+ CD10+ IgDlo IgDhi
CD45R CD19+ CD19+ CD19+ CD19+ CD21hi CD21int
A+ CD40+ CD23lo/− CD23hi
CD10+ sIgM+
CD19−
IL-7R+
CD34+ (human)     AA4+      
CD23−
sIgMhigh
sIgD−/low
HSAhigh
CD62L−
CD21/35−/low
Таблица 3.  

Фенотипическая характеристика транзитных субпопуляций В-клеток [4]

Transitional B cell subset
T1 T2 T3
IgMhiIgDloCD23−CD93/AA4 IgMhiIgDhiCD23+CD93/AA4 IgMlo IgDhiCD23+CD93/AA4
Таблица 4.  

Фенотип мышиных субпопуляций В-клеточной линии в костном мозге и селезенке [4]

Location B cell subset Phenotype
Bone marrow Newly formed, immature AA4+CD23−sIgMhighsIgD−/low HSAhighCD62L−CD21/35−/low
T2-like AA4+CD23+sIgMhighsIgDhighHSAhighCD62L+CD21/35low
Mature CD23+AA4−sIgMlowsIgDhighHSAlow CD62L+CD21/35low
Spleen Transitional T1 CD23−AA4+sIgMhighsIgD−/low HSAhighCD62L−CD21/35−/low
Transitional T2 CD23+AA4+sIgMhighsIgDhighHSAhighCD62L+CD21/35low
Transitional T3 CD23+AA4+sIgMlowsIgDhighHSAhighCD62L+CD21/35low
Follicular type I CD23+AA4−sIgMlowsIgDhighHSAlowCD62L+CD21/35int
Follicular type II CD23+AA4−/lowsIgMhighsIgDhigh HSAlowCD62L+CD21/35int
MZP CD23+AA4−/lowsIgMhighCD1d+ sIgDhighHSA+CD21/35high
MZ CD23−AA4−sIgMhighCD1d+sIgDlow HSA+CD21/35high

Ранние В-клеточные популяции (Fr. A–C ') идентифицируются как B220+CD43+. Постепенный переход от Fr. A в Fr. C ' сопровождается увеличением экспрессии HSA и BP.1. Созревание малых pre-B (Fr. D) клеток заключается в подавлении экспрессии CD43, а для незрелых В-клеток (Fr. E) характерна экспрессия поверхностного IgM. Зрелые, рециркулирующие В-клетки (Fr. F) в костном мозге экспрессируют и IgD и IgM. Экспрессия AA4.1 проявляется на самых ранних стадиях В-лимфопоэза. Выделены два направления клеточного развития: AA4.1−(A1) и AA4.1+(A2). Судьба клеток с AA4.1− фенотипом изучена недостаточно, в то время как AA4.1+ – клеточные субпопуляции, чувствительные к IL-7 и экспрессирующие Rag протеины, продолжают свое развитие в В-клеточном направлении [43].

Незрелые В-клетки, покидающие костный мозг, проходят у мышей через серию транзитных стадий (Т1–Т3) в селезенке. Все транзитные клетки экспрессируют CD93/AA4.1 маркер [4, 43]. Т1-клеточная линия (CD23−AA4+sIgMhighsIgD−/lowHSAhighCD62L−CD21/35−/low) дает начало Т2-субпопуляции (CD23+AA4+sIgMhighsIgDhighHSAhighCD62L+CD21/35low), которая может перейти либо в стадию Т3 (CD23+AA4+sIgMlowsIgDhighHSAhighCD62L+CD21/35low), либо в Fo и MZ клетки. Зрелые клетки теряют способность экспрессировать AA4.1. Среди них выделяют две популяции: фолликулярные клетки (IgMloIgDhiCD21intCD23hi) и клетки маргинальной зоны (IgMhiIgDloCD21hiCD23lo/−). Зрелые В-лимфоциты циркулируют по периферии и попадают в костный мозг, селезенку, лимфатические узлы и перитонеальную полость [4, 43].

Важно отметить отличие В-клеточного развития у мышей и человека: (1) мышиный костный мозг имеет более высокую клеточную плотность, чем костный мозг человека; (2) мышиная селезенка участвует в экстрамедуллярном гемопоэзе; (3) мыши содержатся в свободных от патогенов условиях и имеют более выраженный компартмент наивных В-клеток [48]. Кроме того, заключительные стадии развития В-клеток существенно отличаются. Мышиные незрелые В-клетки, покидающие костный мозг, проходят через серию транзитных стадий (Т1–Т3) в селезенке и завершают свое созревание формированием наивных В-лимфоцитов. У человека, наоборот, полностью функционально зрелые наивные В-клетки, экспрессирующие IgM+IgD+, продуцируются костным мозгом [48, 59].

В организме мышей и человека преобладающей популяцией В-лимфоцитов являются В2-клетки. Выше перечисленные стадии В-клеточного лимфопоэза характерны именно для этих лимфоцитов, но около 5% от общего количества В-клеток (у мышей) составляют В1-лимфоциты [22]. Эти клетки участвуют в Т-независимом иммунном ответе и в значительном количестве встречаются в перитонеальной и плевральной полостях. В этих областях различают две субпопуляции В1-клеток: sIgMhisIgDloCD11b+CD5+В1а и sIgMhisIgDloCD11b+CD5–B-1b [22, 44].

В настоящее время отсутствует четкая концепция развития В1-клеток. Предполагается, что эта минорная субпопуляция развивается в фетальной печени, а в постнатальном периоде – в костном мозге из CMP [22, 24]. Существует еще одна версия о возможном макрофагально-В-клеточном предшественнике, который является производным ELPs, CLPs, или даже pre-pro-B-клеток [22, 44].

Местом окончательной дифференцировки В1-клеток в постнатальном периоде у мышей и человека, по-видимому, является костный мозг. Отличительной особенностью зрелых В1-клеток является их способность к самовоспроизведению [22].

Таким образом, в результате процессов лимфопоэза и созревания формируется неоднородная популяция зрелых наивных В-лимфоцитов, в которой можно выделить три группы: фолликулярные В-клетки (или В2-клетки), маргинальной зоны В-лимфоциты и В1-клетки [52]. У человека эти клетки с током крови покидают костный мозг и начинают поиск соответствующих антигенов или сигналов от макрофагов.

РАЗВИТИЕ NK-КЛЕТОК

NK клетки происходят из костномозговых гемопоэтических предшественников, подвергающихся непрерывной серии процессов коммитированния [8, 15, 28, 47, 51, 61, 66], по-видимому, на территории периваскулярных ниш. Развитие NK клеток, по одним данным [47], начинается в костном мозге с T/NK бипотенциального предшественника, являющегося более дифференцированным потомком CD34+ гемопоэтической стволовой клетки [28, 47], а по другим данным [8, 39], прогениторами NK-клеток могут быть ELP и CLP. Под влиянием стромально-клеточных сигналов, таких, например, как цитокин Flk2L/Flt3L, ростовой фактор остеопонтин и воспалительный медиатор LTα, индуцируется дифференцирование гемопоэтических прогениторов в NK-клеточном направлении [47].

Многочисленные исследования [8, 15, 28, 47] процессов развития NK лимфоцитов не привели к созданию единой схемы ключевых этапов коммитирования этих клеток. В обзорных статьях Boos и соавт. [8], Santo и Vosshenrich [15] предложены следующие варианты многостадийного NK-лимфопоэза (табл. 5, 6).

Таблица 5.  

Стадии развития NK клеток в костном мозге взрослых мышей [8]

  NKP iNK mNK
DiSanto Classification stage A B C D E
Yokoyama Classification stage I II III IV V
CD122 + + + + +
NKG2D + + + + +
2B4 + + + + +
av integrin N.D. + + +/– –
NK1.1 – + + + +
CD94–NKG2 – + + + +
Ly49 – – + + +
DX5 – – low/– + +
Mac-1/CD11b – – low low +
CD43 – – low low +
Cytotoxicity – – – low +
IFN-γ production – – – low +
Таблица 6.  

Модель развития NK клеток у мышей [15]

BM Periphery
Стадии I II III  
A B C D E F G
экспрессия поверхностных
клеточных маркеров
CD122 + ++ ++ ++ ++ ++ ++
NKG2D low ++ ++ ++ ++ ++ ++
NK1.1   +++ +++ +++ +++ +++ ++
CD94   +++ +++ ++ ++ ++ ++
Ly49     low ++ ++ ++ ++
TRAIL   ++ ++        
CD51   ++ ++        
IL-21R   ++ ++        
DX5       ++ ++ ++ ++
CD11b     low + ++ +++ +++
CD43         + ++ ?
CD27     +++ +++ +++ +++ +
KLRG1           + ++

В развитии NK-лимфоцитов можно условно выделить 3 основных этапа: первый (pNK) – формирование NK-клеточного предшественника, второй (iNK) включает появление экспрессии поверхностных клеточных маркеров, характерных для незрелых NK, третий (mNK) характеризуется процессам заключительной дифференцировки и окончательного созревания этой клеточной линии.

На раннем этапе костно-мозговые клетки- предшественники, коммитированные в направлении NK-лимфопоэза, экспрессируют цитокиновый рецептор CD122 [interleukin (IL)-2Rb], который вместе с γ цепочкой (CD132) позволяет клеткам формировать функциональный IL-15 – рецептор [15]. Вероятно, CD122/CD132 комплекс появляется на развивающихся NK-клетках в ответ на их передвижение среди стромальных клеток костного мозга и (или) в результате контакта с экстрацеллюлярным матриксом.

На стадии А появляется экспрессия NKG2D (CD314), которая сохраняется и на следующих этапах. По-всей видимости, для идентификации истинных pNK необходимо выявление и CD122 и NKG2D.

Вторая стадия, возможно, начинается с появления экспрессии CD161c (NKR-P1C, известного также как NK1.1). Центральной характеристикой этого периода развития является приобретение NK-клетками поверхностных рецепторов, вовлеченных в узнавание собственных MHC-I молекул на клетках-мишенях. Во второй стадии, на этапах В и С iNK-клетки не имеют функционального Ly49-рецепторного комплекса, но имеют слабую цитотоксичность и транзитно экспрессируют CD51 и CD69.

В течение третьего этапа происходит формирование фенотипа зрелых NK-клеток. В этот период начинается экспрессия CD49b (DX5), а позднее – CD11b и CD43 рецепторов, играющих важную роль в цитотоксической функции этих клеток [8, 15].

Следует отметить, что развитие NK-клеток, по всей видимости, может проходить также в печени, селезенке, лимфатических узлах, тимусе, матке и кишечнике. iNK-, а, возможно, и pNK-клетки, оказавшись в этих органах, завершают свой путь коммитирования под влиянием IL-15 и (или) других неизвестных факторов [8, 17, 28].

Таблица 7.

   Фенотип зрелых NK-клеток [8, 15, 28]

Мыши Человек
экспрессия поверхностных
клеточных маркеров, цитотоксичность, продукция цитокинов 		  экспрессия поверхностных
клеточных маркеров, цитотоксичность, продукция цитокинов 		CD56hiCD16 −NK cells CD56loCD16+NK cells
CD122 ++ CD94/NKG2A + +
NKG2D ++ CCR7 + –
NK1.1 ++ CD62L + –
CD94 ++ CD25 + –
Ly49 ++ CD117 + –
2B4 + KIR – +
av integrin – CD161(NKR-P1A) + +
DX5 ++ NKp46 + +
CD11b +++ NKG2D + +
CD43 ?/+ CD56 + –
CD27 + CD16 – +
KLRG1 ++ CD122(IL-2Rβ) + +
Cytotoxicity + KIRG1 – +
IFN-γ production + CD11b(Mac-1) + +
    IFN-γ +++ +
    TNF-α +++ +
    GM-CSF +++ +
    IL-13 +++ +
    IL-10 +++ +
    Perforin + +++
    Granzyme + +++

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гемопоэтические стволовые клетки костного мозга дают начало всем клеткам крови, в том числе и лимфоидным популяциям. В результате действия активирующих стромально-клеточных сигналов, ГСК пролиферируют и мигрируют из них в сторону васкулярных ниш, расположенных в центральной части костного мозга. В васкулярных нишах происходят основные этапы дифференцировки и созревания В- и NK-лимфоидных клеток, тогда как T-клеточный лимфопоэз разделен на костно-мозговой и тимический этапы. При этом все лимфопоэтические стадии сопровождаются направленной миграцией как гемопоэтических стволовых клеток, так и их потомков, механизмы которой досконально не изучены.

Накопление фактического материала, касающегося морфо-функциональной характеристики клеток на разных этапах гемопоэза приводит к все более неоднозначной интерпретации в целом.

Список литературы

  1. Иванов А.Н., Норкин И.А., Пучиньян Д.М., Широков В.Ю., Жданова О.Ю. Адгезивные молекулы эндотелия сосудистой стенки // Успехи физиол. наук. 2014. Т. 45. № 4. С. 34–49.

  2. Иванов А.Н., Пучиньян Д.М., Норкин И.А. Барьерная функция эндотелия, механизмы ее регуляции и нарушения // Успехи физиол. наук. 2015. Т. 46. № 2. С. 72–96.

  3. Acar M., Kocherlakota K.S., Murphy M.M. et al. 2015. Deep imaging of bone marrow shows non-dividing stem cells are mainly perisinusoidal // Nature. 2015. V. 526. № 7571. P. 126–30.

  4. Allman D., Pillai S. Peripheral B cell subsets // Curr. Opin. Immunol. 2008. V. 20. № 2. P. 149–157.

  5. Allman D., Miller J.P. Common lymphoid progenitors, early B-lineage precursors, and IL-7 // Immunol. Res. 2003. V. 27. № 2–3. P. 131–139.

  6. Besin G., Gaudreau S., Menard M. et al. Thymic stromal lymphopoietin and thymic stromal lymphopoietin – conditioned dendritic cells induce regulatory T-cell differentiation and protection of NOD mice against diabetes // Diabetes. 2008. V. 57. № 8. P. 2107–2117.

  7. Bhandoola A., von Boehmer H., Petrie H.T., Zuniga-Pflucker J.C. Commitment and developmental potential of extrathymic and intrathymic T cell precursors: plenty to choose from // Immunity. 2007. V. 26. № 9. P. 678–689.

  8. Boos M.D., Ramirez K., Kee B.L. Extrinsic and intrinsic regulation of early natural killer cell development // Immunol. Res. 2008. V.40. № 3. P. 193–207.

  9. Carlyle J.R., Zuniga-Pflucker J.C. Requirement for the thymus in αβ T lymphocyte lineage commitment // Immunity. 1998. V. 9. № 2. P. 187–197.

  10. CD4+ CD25+ regulatory T cells - origin, function and therapeutic potential / Eds. Kyewski B., Suri-Payer E. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2005. 341 p.

  11. Chapman J., Zhang Y. Histology, Hematopoiesis // StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2018–2019 Jan 9.

  12. Chen W. The late stage of T cell development within mouse thymus // Cell Mol. Immunol. 2004. V. 1. № 1. P. 3–11.

  13. Crane G.M., Jeffery E., Morrison S.J. Adult haematopoietic stem cell niches // Nat. Rev. Immunol. 2017. V. 17. № 9. P. 573–590.

  14. D’Cruz L.M., Yang C.Y., Goldrath A.W. Transcriptional regulation of NKT cell development and homeostasis // Curr. Opin. Immunol. 2010. V. 22. № 2. P. 199–205.

  15. Di Santo J.P., Vosshenrich C.A.J. Bone marrow versus thymic pathways of natural killer cell development // Immunol. Rev. 2006. V. 214. № 1. P. 35–46.

  16. Ding L., Saunders T.L., Enikolopov G., Morrison S.J. Endothelial and perivascular cells maintain haematopoietic stem cells // Nature. 2012. V. 481. № 457.

  17. Dorshkind K., Montecino-Rodriguez E. Fetal B-cell lymphopoiesis and the emergence of B-1-cell potential // Nat. Rev. Immunol. 2007. V. 7. № 3. P. 213–219.

  18. Foudi A., Hochedlinger K., Van Buren D. et al. Analysis of histone 2B-GFP retention reveals slowly cycling hematopoietic stem cells // Nat. Biotechnol. 2009 . V. 27. № 1. P. 84–90.

  19. Galán-Díez M., Kousteni S. A bone marrow niche-derived molecular switch between osteogenesis and hematopoiesis // Genes Dev. 2018. V. 32. № 5–6. P. 324–326.

  20. Gu H., Rajewsky K. Cell Migration: Developmental Methods and Protocols. (Methods in Molecular Biology). Humana Press. 2005. 304 p. 51.

  21. Hardy R.R., Wei C.J., Hayakawa K. Selection during development of VH11+ B cells: a model for natural autoantibody-producing CD5+ B cells // Immunological Reviews. 2004. V. 197. № 1. P. 60–74.

  22. Hardy R.R., Kincade P.W., Dorshkind K. The protean nature of cells in the B lymphocyte lineage // Immunity. 2007. V. 26. № 6. P. 703–14.

  23. Hardy R.R., Hayakawa K. B cell development pathways // Annu. Rev. Immunol. 2001. V. 19. P. 595–621.

  24. Hardy R.R. B-1 B cell development // J. Immunol. 2006. V. 177. P. № 5. P. 2749–2754.

  25. Heissig B., Hattori K., Dias S. et al. Recruitment of stem and progenitor cells from the bone marrow niche requires MMP-9 mediated release of kit-ligand // Cell. 2002. V. 109. P. 625–37.

  26. Hoggatt J., Pelus L.M. Eicosanoid regulation of hematopoiesis and hematopoietic stem and progenitor trafficking // Leukemia. 2010. V. 24. № 12. P. 1993–2002.

  27. Hsu P., d Qu C.-K. Metabolic Plasticity and Hematopoietic Stem Cell Biology // Curr. Opin. Hematol. 2013 July; 20(4): 289–294.

  28. Huntington N.D., Mention J.-J., Vosshenrich C. et al. Dissecting human NK cell development and differentiation // Natural Killer Cells. At the Forefront of Modern Immunology. Editor Zimmer J. Verlag Berlin Heidelberg : Springer, 2010. 428 p.

  29. Johanson T.M., Skinner J.P., Kumar A. et al. The role of microRNAs in lymphopoiesis // Int. J. Hematol. 2014. V. 100. № 3. P. 246–253.

  30. Kiel1 M.J., Morrison S.J. Maintaining hematopoietic stem cells in the vascular niche // Immunity. 2006. V. 25. № 6. P. 862–4.

  31. Kollet O., Dar A., Shivtiel S. et al. Osteoclasts degrade endosteal components and promote mobilization of hemato-poietic progenitor cells // Nat. Med. 2006. V. 12. P. 657–64.

  32. Kondo M. Lymphoid and myeloid lineage commitment in multipotent hematopoietic progenitors // Immunol. Rev. 2010. V. 238. № 1. P. 37–46.

  33. Kreslavsky T., Garbe A.I., Krueger A., von Boehmer H. T cell receptor – instructed αβ versus γδ lineage commitment revealed by single-cell analysis // J. Exp. Med. 2008. V. 205. № 5. P. 1173–1186.

  34. Krueger A., von Boehmer H. Identification of a T lineage-committed progenitor in adult blood // Immunity. 2007. V. 26. № 1. P. 105–116.

  35. Labrecque N., Baldwin T., Lesage S. Molecular and genetic parameters defining T-cell clonal selection // Immunol. Cell Biol. 2011. V. 89. № 1. P. 16–26.

  36. Lai A.Y., Kondo M. T and B lymphocyte differentiation from hematopoietic stem cell // Semin Immunol. 2008. V. 20. № 4. P. 207–212.

  37. Lamorte S., Remédio L., Dias S. Communication between bone marrow niches in normal bone marrow function and during hemopathies progression // Hematol. Rev. 2009. V. 1. № 2. e 14.

  38. Lauritsen J.P.H., Haks M.C., Lefebvre J.M. et al. Recent insights into the signals that control αβ/γδ-lineage fate // Immunol. Rev. 2006. V. 209. № 1. P. 176-90.

  39. Luc S., Buza-Vidas N., Jacobsen S. E. W. Biological and molecular evidence for existence of lymphoid-primed multipotent progenitors // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007. V. 1106. P. 89–94.

  40. Ma Q., Jones D., Borghesani P.R. et al. Impaired B-lymphopoiesis, myelopoiesis, and derailed cerebellar neuron migration in CXCR4- and SDF-1-deficient mice // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. № 16. P. 9448–53.

  41. Martin C.H., Aifantis I., Scimone M.L. et al. Efficient thymic immigration of B220+ lymphoid-restricted bone marrow cells with T precursor potential // Nat. Immunol. 2003. V. 4. № 9. P. 866–873.

  42. Mick V.E., Starr T.K., McCaughtry T.M. et al. The regulated expression of a diverse set of genes during thymocyte positive selection in vivo // J. Immunol. 2004. V. 173. № 9. P. 5434–5444.

  43. Molecular Basis of Hematopoiesis / Eds Wickrema A., Kee B. Springer. 2009. 257 p.

  44. Montecino-Rodriguez E., Dorshkind K. Identification of B/macrophage progenitors in adult bone marrow // Semin. Immunol. 2002. V. 14. № 6. P. 371–376.

  45. Nervi B., Link D.C., DiPersio J.F. Cytokines and hematopoietic stem cell mobilization // J. Cell Biochem. 2006. V. 99. № 3. P. 690–705.

  46. Omatsu Y., Sugiyama T., Kohara H. et al. The essential functions of adipo-osteogenic progenitors as the hematopoietic stem and progenitor cell niche // Immunity. 2010 . V. 33. № 3. P. 387–399.

  47. Papamichail M., Perez S.A., Gritzapis A.D., Baxevanis C.N. Natural killer lymphocytes: biology, development, and function // Cancer Immunol. Immunother. 2004. V. 53. № 3. P. 176–186.

  48. Perez-Andres M., Paiva B., Nieto W.G. et al. Human Peripheral Blood B-Cell Compartments: A Crossroad in B-Cell Traffic // Cytometry. B. Clin. Cytom. 2010. V. 78. № 1. P. 47–60.

  49. Pui J.C., Allman D., Xu L., et al. Notch1 expression in early lymphopoiesis influences B versus T lineage determination // Immunity. 1999. V. 11. № 3. P. 299–308.

  50. Rodewald H.R., Kretzschmar K., Takeda S. et al. Identification of pro-thymocytes in murine fetal blood: T lineage commitment can precede thymus colonization // EMBO J. 1994. V. 13. № 18. P. 4229–4240.

  51. Rolink A.G., Massa S., Balciunaite G., Ceredig R. Early lymphocyte development in bone marrow and thymus. Swiss Med. Wkly. 2006. V. 136. № 43–44. P. 679–83.

  52. Samitas K., Lötvall J., Bossios A. B Cells: From early development to regulating allergic diseases // Arch. Immunol. Ther. Exp. 2010. V. 58. P. 209–225.

  53. Schwarz B.A., Bhandoola A. Trafficking from the bone marrow to the thymus: a prerequisite for thymopoiesis // Immunol. Rev. 2006. V. 209. № 1. P. 47–57.

  54. Schwarz B.A., Sambandam A., Maillard I. et al. Selective thymus settling regulated by cytokine and chemokine receptors // J. Immunol. 2007. V. 178. № 9. P. 2008–2017.

  55. Shimoto M., Sugiyama T., Nagasawa T. Numerous niches for hematopoietic stem cells remain empty during homeostasis // Blood. 2017. V. 129. № 15. P. 2124–2131.

  56. Sparking Signals / Eds Baier G., Schraven B., Zügel U., von Bonin A. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008. 185 p.

  57. Sugiyama T., Omatsu Y., Nagasawa T. Niches for hematopoietic stem cells and immune cell progenitors // Int. Immunol. 2019. V. 31. № 1. P. 5–11.

  58. Sugiyama T., Kohara H., Noda M., Nagasawa T. Maintenance of the hematopoietic stem cell pool by CXCL12-CXCR4 chemokine signaling in bone marrow stromal cell niches // Immunity. 2006. V. 25. № 6. P. 977–988.

  59. van Lochem E.G., van der Velden V.H., Wind H.K. et al. Immunophenotypic differentiation patterns of normal hematopoiesis in human bone marrow: Reference patterns for age-related changes and disease-induced shifts // Cytometry. B. Clin. Cytom. 2004. V. 60. № 1. P. 1–13.

  60. Wilson A., Oser G.M., Jaworski M. et al. Dormant and self-renewing hematopoietic stem cells and their niches // Ann. N.Y. Acad. Sci. 2007. V. 1106. P. 64–75.

  61. Wolterink R.K., Garcı’a-Ojeda M.E., Vosshenrich C.A.J. et al. The intrathymic crossroads of T and NK cell differentiation // Immunol. Rev. 2010.V. 238. № 1. P. 126–37.

  62. Wright D.E., Wagers A.J., Gulati A.P. et al. Physiological migration of hematopoietic stem and progenitor cells // Science. 2001. V. 294. № 5548. P. 1933–1936.

  63. Wu M., Kwon H.Y., Rattis F. et al. Imaging Hematopoietic Precursor Division in Real Time. // Cell Stem Cell. 2007. V. 1. № 5. P. 541–554.

  64. Xiong N., Raulet D.H. Development and selection of γδ T cells // Imunological Reviews. 2007. V. 215. P. 15–31.

  65. Yin T., Li L. The stem cell niches in bone // J. Clin. Invest. 2006. V. 116. № 5. P. 1195–1201.

  66. Yoon S.R., Chung J.W., Choi I. Development of Natural Killer Cells from Hematopoietic Stem Cells // Mol. Cells. 2007. V. 24. № 1. P. 1–8.

  67. Zhang J., Niu C., Ye L. et al. Identification of the haematopoietic stem cell niche and control of the niche size // Nature. 2003 Oct 23_425(6960)_836-41.

  68. Zlotoff D.A., Schwarz B.A., Bhandoola A. The long road to the thymus: the generation, mobilization, and circulation of T-cell progenitors in mouse and man // Semin. Immunopathol. 2008. V. 30. № 4. P. 371–82.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Успехи физиологических наук

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал