Моноаминергические механизмы регуляции кроветворения при цитостатических воздействиях (10.04.2009)

Автор: Минакова Мария Юрьевна

Циклофосфан 5-фторурацил

Ингибиция Регенерация Ингибиция Регенерация

Грануломоноцитарные предшественники дофамин > изадрин > серотонин > Г-КСФ

Эритроидные

предшественники изадрин > эритропоэтин > дофамин эритропоэтин

дофамин

Феномен повышения чувствительности кроветворных клеток к физиологически активным веществам in vitro имеет место не только в сроки увеличения содержания морфологически распознаваемых нуклеаров в костном мозге и периферической крови, но и в период миелосупрессии. По-видимому, причину этого противоречия следует искать в нарушении функций клеточных элементов ГИМ, препятствующих реализации пролиферативно-дифференцировочного потенциала прекурсоров гемопоэза в рамках целостного организма. Кроме того, возможная супрессия цитостатиками периферической нейрональной секреции указанных аминов также способна задерживать репарацию кроветворной ткани.

В заключение этого раздела работы мы попытались объяснить разный тип реагирования (угнетение, стимуляция) прекурсоров на внесение в культуру препаратов аминов и ростовых факторов. Учитывая гетерогенность популяции коммитированных кроветворных предшественников [Натан Д.Г., Зифф К.А., 1994; Воробьев А.И., 2002], следует говорить о клетках чувствительных и резистентных к цитостатикам. Существование последних дает возможность реализации программы восстановления кроветворной ткани при чрезвычайных воздействиях. Выявленное в ходе исследования преимущество стимулирующих эффектов физиологически активных веществ in vitro в случае назначения алкилирующего агента над таковыми в условиях введения антиметаболита, указывает на то, что токсичность противоопухолевых препаратов во многом регламентирует величину популяций чувствительных и резистентных прекурсоров эритроидного и грануломоноцитарного типа, и, как следствие, скорость регенерации эритроидного и гранулоцитарного ростков кроветворения.

Следующий раздел работы был посвящен особенностям локальной регуляции кроветворения при цитостатических воздействиях.

Введение алкилирующего агента снижало общее количество ГО в костном мозге на 1–5, 7-е сутки исследования, что было связано с нарушением процессов формирования клеточных комплексов с центрально расположенным макрофагом (1–7-е сутки) и стромальной клеткой (1–5-е сутки). Анализ цитограмм позволил выявить снижение числа ассоциаций эритроидного типа на протяжении всего периода исследования. Дефицит смешанных ГО в кроветворной ткани сохранялся менее продолжительно: к 7-м суткам их содержание практически нормализовалось. Наиболее быстро восстанавливалось содержание гранулоцитарных клеточных комплексов.

Циклофосфан нарушал продукцию колониестимулирующей активности клетками кроветворного микроокружения на протяжении всего периода исследования. В то же время уровень сывороточной КСА возрастал на 1, 3, 7-е сутки наблюдения, однако только на 1-е сутки величина показателя в опыте статистически достоверно превосходила таковую в интактном контроле. Секреция эритропоэтической активности миелокариоцитами увеличивалась к 7-м суткам, тогда как изменения уровня ЭПА в сыворотке крови были незначительными.

Под влиянием фторпиримидинового антиметаболита отмечалось более выраженное, чем при ЦФ, угнетение процессов формирования ГО в костном мозге. Так, статистически достоверное уменьшение содержания клеточных комплексов с центрально расположенным макрофагом и стромальным элементом регистрировалось дважды: на 1–5-е и 8–10-е сутки опыта. На 6, 7-е и 12-е сутки исследования отмечалось увеличение абсолютного числа клеточных ассоциаций. Причем если в указанные сроки количество макрофагположительных комплексов нормализовалось, то интенсивность формирования фибробластоидных ГО существенно превосходила исходный уровень. Динамика содержания эритроидных, гранулоцитарных и эритро-гранулоцитарных гемопоэтических островков в целом повторяла таковую в случае с макрофаг- и фибробластсодержащими ассоциациями. Обращало на себя внимание то обстоятельство, что интенсивность восстановления структурно-функциональной организации гранулоцитарного компартмента кроветворения значительно опережала скорость образования эритроидных ГО.

После назначения 5-фторурацила отмечалось резкое увеличение секреции эритропоэтической активности адгезирующими (1, 3-и сутки) и неадгезирующими (1-е сутки) клетками кроветворного микроокружения. Продукция КСА миелокариоцитами в указанные сроки, напротив, нарушалась. Антиметаболит не влиял на уровень сывороточного ЭПА на протяжении всего периода исследования, но способствовал стимуляции гранулоцитарно-макрофагального колониеобразования гуморальными ростовыми факторами, полученными на 1-е сутки эксперимента.

Совокупность выявленных феноменов позволяет сделать вывод о том, что повреждение структурно-функциональной организации кроветворной ткани, нарушение продукции гемопоэтических факторов роста клеточными элементами ГИМ играют существенную роль в развитии депрессии костномозгового кроветворения, лейкопении и ретикулоцитопении в периферической крови мышей линии CBA/CaLac в условиях введения цитостатиков в 1/3 МПД. Более глубокая и продолжительная ингибиция гемопоэза у животных, получавших 5-фторурацил, обусловлена значительным токсическим действием антиметаболита на формирование ГО и секрецию КСА. Постцитостатическая регенерация эритрона и белой крови связана с восстановлением функций стромальных и макрофагальных элементов ГИМ (образование ГО).

Дальнейшие эксперименты позволили расширить представления о взаимодействии аминов и клеток микроокружения в регуляции прекурсоров гемопоэза. ЦФ in vitro (20 мкг/мл) существенно снижал способность прилипающих клеток кроветворного микроокружения связывать интактные и обработанные эритропоэтином (10-9 М) эритроидные предшественники. Однако стимуляция ?-адренергических и серотонинергических структур соответственно изадрином и серотонином (10-8 М) на подвергнутых цитостатическому воздействию макрофагах препятствовала ингибиции эритроидного колониеобразования.

Известно, что при цитостатических воздействиях важная роль в регуляции гемопоэза принадлежит компонентам основного вещества соединительной ткани костного мозга (протеогликаны, гликозаминогликаны) [Дыгай А.М. и др., 1992; Гольдберг Е.Д. и др., 2007]. В связи с этим, нам представилось целесообразным изучить возможность восстановления подавленной цитостатиком функциональной активности адгезирующих клеток ГИМ N-ацетилнейраминовой кислотой, которая входит в состав гликозаминогликанов (ГАГ), в комбинации с лигандами моноаминергической природы.

Установлено, что в метилцеллюлозной среде N-ацетилнейраминовая кислота (50 мкг/мл) увеличивала способность подвергнутых прямому воздействию ЦФ (20 мкг/мл) прилипающих клеток ГИМ связывать обработанные изадрином или серотонином (10-8 М) эритроидные предшественники, что косвенно подтверждает участие сиаловой кислоты в периферических ?-адренергических и серотонинергических механизмах индукции пролиферации предшественников эритропоэза.

На основании данных литературы и результатов собственных экспериментальных исследований нами предложена схема участия периферических моноаминов и специфических рецепторов в регуляции кровообразования при цитостатических воздействиях (рис. 1). Периферические моноамины (нейрональной природы) оказывают стимулирующее влияние на резистентные к цитостатикам предшественники кроветворения как путем прямого воздействия на соответствующие плазматические рецепторы, так и опосредованно через клеточные элементы ГИМ. При этом ГАГ потенцируют действие цитокинов. В то же время следует учитывать, что стимулы моноаминергической природы (в основном ?-адренергические, серотонинергические) способны инициировать апоптическую гибель прекурсоров гемопоэза, чувствительных к цитостатикам.

Далее нами изучалась роль центральных адренергических, дофаминергических и серотонинергических структур в регуляции кроветворения. На первом этапе исследовалось регуляторное влияние моноаминов ЦНС на систему крови в условиях оптимальной жизнедеятельности мышей линии CBA/CaLac. Введение резерпина, галоперидола либо ципрогептадина вносило некоторые изменения в состояние костномозговой ткани и периферической крови экспериментальных животных. Однако обнаруженные сдвиги в подавляющем большинстве случаев статистически достоверно не отличались от соответствующих значений в интактном контроле.

тение антисеротониновым препаратом периферических серотониновых механизмов контроля активности эритроидных предшественников, а нейролептиком – опосредованный дофаминергическими структурами рост КОЕ-ГМ. Как видно, в рассматриваемой модели кроветворения прослеживается тропность эритроидных клеток к регуляторному влиянию центрального серотонина, а гранулоцитарно-макрофагальных прекурсоров – к дофаминовым структурам мозга.

Изучение зависимости восстановления подавленного цитостатиками костномозгового кроветворения от метаболизма катехоламинов ЦНС позволило выявить, что в условиях введения циклофосфана резерпин препятствовал снижению числа нейтрофильных (3, 5-е сутки) гранулоцитов в костном мозге. При этом препарат не влиял на динамику содержания клеток СМФ на протяжении всего периода исследования и усугублял депрессию эритропоэза на 4-е сутки эксперимента. Следует отметить накопление лимфоцитов на 2, 3-и сутки опыта и падение величины показателя на 6-е сутки. Системное введение симпатолитика препятствовало развитию нейтрофильной лейкопении (2, 4-е сутки) и ретикулоцитопении (2–4-е сутки) в периферической крови. В противоположность этому, лимфопения на 4-е сутки исследования усугублялась.

При последовательном назначении резерпина и 5-фторурацила регистрировалось кратковременное (4-е сутки) увеличение числа нейтрофильных гранулоцитов и лимфоцитов в гемопоэтической ткани. Однако в сроки активного восстановления гемопоэза симпатолитик уменьшал количество практически всех исследуемых морфологически распознаваемых миелокариоцитов: незрелых (8, 11-е сутки) и зрелых (11-е сутки) нейтрофилов, лимфоцитов (6, 9, 10-е сутки) и эритрокариоцитов (6, 9–11-е сутки). В периферической крови препарат уменьшал содержание сегментоядерных нейтрофилов (4, 11-е сутки), что приводило к усугублению нейтрофилопении на 4-е сутки эксперимента и отмене нейтрофилеза на 11-е сутки. Действие симпатолитика на периферическое звено лимфоидного ростка и эритрона было неоднозначно. Так, лимфопения на 1-е сутки и ретикулоцитопения на 1, 2, 6-е сутки в опыте были менее выражены, чем в цитостатическом контроле. С другой стороны, препарат усугублял лимфопению на 5, 8–11-е сутки и ретикулоцитопению на 8, 12-е сутки.

Итак, резерпин способствует восстановлению кроветворной ткани (преимущественно гранулоцитопоэза) при назначении циклофосфана и задерживает регенерацию гемопоэза в условиях введения 5-фторурацила (более эритроидного ростка кроветворения).

Учитывая используемую в работе дозу и механизм действия резерпина (преимущественное истощение депо норадреналина, дофамина и незначительно – серотонина в ЦНС), можно предположить, что катехоламины мозга усиливают токсическое действие алкилирующего агента на гемопоэтические клетки (табл. 4). В противоположность этому, при назначении антиметаболита норадреналин и дофамин способствуют стимуляции процессов репарации эритроидного и гранулоцитарного ростков кроветворения.

Таблица 4

Регуляторное влияние катехоламинов на систему крови мышей линии CBA/CaLac при цитостатических воздействиях (по результатам анализа ИП)

Циклофосфан 5-фторурацил

Ингибиция Регенерация Ингибиция Регенерация

Эритропоэз – 0 + +

Гранулоцитопоэз – – + – +

Примечание. Здесь и в таблицах 6, 8 увеличение количества клеток эритроидного и гранулоцитарного ростка кроветворения +, снижение –, изменений нет 0.

Как было продемонстрировано ранее, лиганды моноаминергической природы выступают в качестве элементов системы локальной регуляции гемопоэтических прекурсоров при цитостатических воздействиях. В этой связи, мы рассмотрели возможность действия резерпина на кроветворные клетки через периферические адренергические и дофаминергические структуры, систему КСФ и эритропоэтин.

В условиях назначения циклофосфана симпатолитик значительно снижал темпы деления прекурсоров эритропоэза. По чувствительности к супрессирующему действию резерпина периферические рецепторные механизмы, контролирующие активность процесса, расположились следующим образом: эритропоэтинчувствительные3,7-е сутки > адренергические3,7-е сутки > дофаминовые3,5-е сутки. При введении 5-фторурацила ЭП1,5,7-е сутки, дофамин1,3-и сутки и, в меньшей степени, ?-адренергические1-е сутки механизмы участвовали в реализации ингибирующего влияния симпатолитика на деление КОЕ-Э. На обеих моделях цитостатического воздействия резерпин угнетал (ЦФ > 5-ФУ) созревание эритроидных клеток в тест-системе с ЭП и изадрином (регенерация), а при назначении 5-фторурацила – дополнительно и в культуре с мезатоном (ингибиция).

Как это не парадоксально, но при цитостатических воздействиях фармакологическое истощение депо катехоламинов в ЦНС увеличивало интенсивность дифференцировки эритроидных клеток в группах с эритропоэтином, мезатоном и дофамином (преимущественно в период ингибиции), причем стимуляция процесса в случае с алкилирующим агентом превосходила таковую в условиях введения антиметаболита. В опыте с 5-ФУ регистрировался прирост ИПSКОЕ-Э: в культуре с мезатоном5,7-е сутки и изадрином3-и сутки .

Симпатолитик неоднозначно влиял на периферические механизмы регуляции предшественников грануломоноцитопоэза при цитостатических воздействиях. Так, при назначении циклофосфана препарат оказывал преимущественно стимулирующее действие на пролиферацию (дофамин1-7-е сутки, мезатон1-3-и сутки, Г-КСФ1-3-и сутки) и дифференцировку (мезатон1-7-е сутки, дофамин5,7-е сутки, Г-КСФ1-е сутки) КОЕ-ГМ. В угнетении функциональной активности гранулоцитарно-макрофагальных прекурсоров оказались задействованы ?-адренергические структуры и цитокин.

При применении 5-фторурацила резерпин снижал деление и созревание КОЕ-ГМ. В супрессирующем действии симпатолитика на прекурсоры участвовали дофаминергические структуры и Г-КСФ (весь период наблюдения) и адренергические механизмы (регенерация). Между тем, деструкция кроветворной ткани сопровождалась ростом темпов деления и созревания примитивных предшественников, сопряженных с адренергическими структурами.

Исходя из представленных выше данных, можно сделать заключение о том, что при цитостатических воздействиях катехоламины оказывают как ингибирующее, так и стимулирующее влияние (табл. 5). В частности, при развитии миелосупрессии, вызванной назначением фторпиримидинового антиметаболита, в сокращении пула митотически активных КОЕ-Э и КОЕ-ГМ задействованы исключительно адренергические структуры. В условиях введения алкилирующего агента развитие гипоплазии кроветворной ткани во многом связано с ингибицией ?-адренергических, дофаминергических и Г-КСФ-опосредованных механизмов регуляции прекурсоров грануломоноцитарного типа.

Таблица 5

Периферические механизмы ингибирующего и стимулирующего влияния катехоламинов на пролиферацию кроветворных предшественников при цитостатических воздействиях (по данным ИП)

??????????????¬??


загрузка...