Стимуляция репаративных процессов

Пептидная регуляция

    Это небольшие молекулы, состоящие из аминокислотных остатков (обычно от двух до 50), которые вырабатываются в большинстве органов. В одних случаях они выделяются из синаптического окончания и действуют на одну постсинаптическую клетку, выполняя функцию медиатора; в других - оказывают влияние на небольшое число окружающих клеток, в третьих - с током крови достигают отдаленных участков организма и работают как гормоны, т.е. осуществляют аутокринную, паракринную и эндокринную сигнальную передачу информации. Один и тот же пептид может выступать во всех трех ролях.

Одним из пептидов, участвующих в регуляции процессов роста и дифференцировки клеток, является ростовой фактор NH₂-Gly-L-His-L-Lys-COOH (GHL). Так как этот пептид повышал выживаемость гепатоцитов in vitro, то первоначально был назван фактором роста клеток печени. Также известно стимулирующее влияние этого пептида на рост волос, синтез коллагена фибробластами и накопление межклеточного вещества соединительной ткани. Однако большинство известных данных о действии GHL получено in vitro, тогда как системные эффекты пептида на уровне целостного организма требуют дальнейшего изучения.

Иммунологические механизмы регуляции связаны с «регенерационной информацией», переносимой лимфоцитами. В связи с этим следует заметить, что механизмы иммунологического гомеостаза определяют и структурный гомеостаз. Например, лимфоциты в большинстве своем выполняют информационную роль, Т-лимфоциты стимулируют эффект заживления, а В-лимфоциты угнетают.

Цитокины - низкомолекулярные белковые регуляторные вещества, продуцируемые клетками и способные модулировать их функциональную активность. Цитокины, в основном, вырабатываются в активированных клетках иммунной системы и лишь частично продуцируются другими клетками (фибробластами, эндотелиоцитами и др. При физиологическом состоянии спектр их узок, но при стрессе, воспалении, повреждении, опухолеобразовании и т.п. расширяется количественный и качественный состав цитокинов, обладающих как местной, так и дистантной (гормональной) активностью. Цитокины продуцируются различными клетками: эндотелиоцитами, кератиноцитами, фибробластами, макрофагами, нейтрофилами, лимфоцитами, тромбоцитами, стромальными и другими клетками. Действие их реализуется по сетевому принципу, то есть передаваемая клеткой информация содержится не в индивидуальном пептиде, а в наборе регуляторных цитокинов. При этом цитокины действуют либо как синергисты, либо как антагонисты, каскадно индуцируя выработку друг друга, и трансмодулируют поверхностные рецепторы к другим медиаторам. Одни и те же цитокины могут выполнять различные функции. Этот феномен объясняется плейотропностью и полифункциональностью действия цитокинов. Также очевидно, что различные цитокины могут выполнять одну функцию.

Выделяют следующие основные группы цитокинов: 

а) интерлейкины (IL1-IL23), участвующие в процессах взаимодействия иммунокомпетентных клеток;

б) интерфероны (INF-a, b, g), обладающие противовирусной активностью;

в) факторы некроза опухоли (TNF a и g); 

г) колониестимулирующие факторы (гемопоэтические цитокины, эритропоэтины, лейкозингибирующий фактор, фактор стволовых клеток); 

д) хемокины – хемотаксические цитокины; 

е) факторы роста: фактор роста фибробластов, фактор роста нервов, гепатоцитарный фактор роста и др.

Лекарственные препараты на основе цитокинов нашли применение в лечении больных злокачественными образованиями, аплазией кроветворения, различными видами иммунопатологии

Нервные механизмы регенераторных процессов связаны прежде всего с трофической функцией нервной системы, а функциональные механизмы- с функциональным «запросом» органа, ткани, который рассматривается как стимул к регенерации.

Функциональные механизмы.

В поврежденном органе или ткани оставшиеся клетки всегда будут испытывать возросшую физиологическую нагрузку. Это приводит к усилению обменных процессов в клетке, что, в свою очередь, повлечет внутриклеточную регенерацию или размножение клеток. Межорганные механизмы обеспечиваются вовлечением в восстановительный процесс различных органов при участии нервной и эндокринной систем.

Стимуляция репаративных процессов

- физические (механическое повреждение)

- химические (химические вещества)

- биологические (биологические ткани)

- метод протезов (временные и постоянные)

общего действия на организм – с этой целью используются различные БАВ, лекарственные препараты, диета. Так, применение фетальной сыворотки в эксперименте ускоряло процесс сращения трубчатых костей. Гормоны многих эндокринных желез также ускоряют репаративные процессы. Большое влияние на течение регенерации оказывает диета

 

Хронологически процесс регуляции репаративного процесса представлен каскадом реакций:

Повреждение ткани вызывает кровоизлияние, которое прекращают тромбоциты, коагулирующие кровь. На месте повреждения тромбоциты образуют кровяной сгусток, который в дальнейшем закрепляется при помощи фибринового матрикса. В результате формируется каркас, заполняющийся участвующими в регенерации клетками. Кроме того, тромбоциты выделяют различные медиаторы заживления, стимулирующие деление клеток:

1. эпидермальный фактор роста (EGF, epidermal growth factor)

белок, стимулирующий клеточный рост и клеточную дифференцировку эпителиального покрова с помощью рецептора эпидермального фактора роста. Человеческий эпидермальный фактор роста (далее — ЭФР) — белок с 53 аминокислотными остатками и тремя внутримолекулярными дисульфидными связями. ЭФР действует путём связывания с рецептором эпидермального фактора роста на поверхности клеток, после чего стимулирует активность внутриклеточных тирозинкиназ. Белки тирозинкиназы, в свою очередь, передают сигнал внутри клетки, что приводит к различным биохимическим изменениям (повышение концентрации внутриклеточного кальция и усиление гликолиза, увеличение скорости синтеза белка, синтез ДНК.), что в конечном итоге приводит к делению клетки. В результате деление клеток в присутствии ЭФР происходит быстрее, чем деление клеток без эпидермального фактора роста.

тромбоцитарный фактор роста (PDGF,platelet-derived growth factor), активирующий макрофаги и фибробласты(  Содержится в α-гранулах в тромбоцитах, синтезируется в мегакариоцитах. В каждом тромбоците находится порядка тысячи молекул тромбоцитарного фактора роста. Фактор — сильный стимулятор репарации тканей. Рецепторы к нему расположены в сосудистой стенке на фибробластах и клетках гладкой мышечной ткани. PDGF стимулирует пролиферацию этих клеток. Кроме того, PDGF увеличивает продукцию составляющих соединительной ткани (гликозаминогликанов, коллагена и др.). Один из первых изученных факторов роста. Он играет важную роль в формировании кровеносных сосудов (ангиогенезе). Неконтролируемый ангиогенез сопровождает развитие раковых опухолей.

Тромбоцитарные факторы роста — это димерные гликопротеины. Есть пять различных форм PDGF, которые активируют клеточный ответ через два разных рецептора. PDGF — мощный митоген для клеток мезенхимального происхождения, включая фибробласты, гладкомышечные клетки и глиальные клетки. Он стимулирует клетки к началу деления.

PDGF играет важную роль в эмбриональном развитии, пролиферации, миграции клеток и ангиогенезе. С чрезмерной экспрессией гена PDGF связан ряд заболеваний (атеросклероз, фиброзные расстройства и злокачественные новообразования). Синтез происходит из-за внешних раздражителей, таких как тромбин, низкого содержания кислорода и других и факторов роста.

2.  трансформирующий фактор роста (TGF-β, transforminggrowth factor beta белок (представитель цитокинов), который контролирует пролиферацию, клеточную дифференцировку и другие функции в большинстве клеток. TGF-beta инициирует апоптоз в большинстве типов клеток. TGF-beta может вызывать апоптоз, TGF-beta является причиной синтеза белков p15 и p21, которые блокируют комплекс циклин/CDK, ответственный за фосфорилирование белка ретинобластомы (Rb). Таким образом TGF-beta подавляет экспрессию мус-гена (c-myc), который участвует в прогрессе G1-фазы клеточного цикла. В результате TGF-beta блокирует переход через G1-фазу клеточного цикла.

Разрыв межклеточных контактов вследствие нарушения целостности эпидермиса ведет к высвобождению кератиноцитами:

1. интерлейкина IL‑1альфа  

В семейство цитокинов интерлейкина-1 входят нескольких полипептидов, семь из которых обладают активностью агонистов рецептора интерлейкина-1, три являются антагонистами этого рецептора и один полипептид является противовоспалительным цитокином.

Наиболее известны два представителя семейства — интерлейкин-1α (IL-1α) и интерлейкин-1β (IL-1β). Хотя они принадлежат к одному семейству и являются агонистами одного и того же рецептора, они существенно отличаются по выполняемым функциям и месту получения. IL-1β производится и секретируется многими клетками иммунной системы, включая моноциты, макрофаги и нейтрофилы, и играет важную роль в организации раннего защитного воспалительного ответа, например при инвазии микроорганизмов. IL-1α является эпидермальным цитокином, играющим роль мастер-регулятора в поддержании нормальной структуры и функций кожи. регуляция), так и на другие клетки кожи (паракринная регуляция).

Аутокринная сигнальная система интерлейкина-1α в эпидермисе кожи человека

Кератиноциты человека несут поверхностные рецепторы интерлейкина-1 (IR1R) I типа, способные связываться с IL-1α и передавать сигнал в клетку и далее в ядро, чтобы реализовать биологические эффекты IL-1α. Число рецепторов зависит от степени дифференциации клетки и может варьироваться от < 2000 до 40 000 на одну клетку [16, 17].

Связываясь с рецепторами на поверхности кератиноцитов, IL-1α стимулирует экспрессию новых копий IL-1α [15]. Это необычное свойство определяет возможность передачи биологической активности IL-1α внутри эпидермиса через промежуточное образование новых копий IL-1α.

Фибробласты дермы – основная мишень эпидермального IL-1α

Фибробласты дермы являются основной паракринной мишенью производимого кератиноцитами эпидермального IL-1α. В ответ на пикомолярные концентрации IL-1α фибробласты производят каскад аутокринныхи паракринных регуляторов, ферменты, компоненты внеклеточного матрикса и другие молекулярные структуры, необходимые для регенерации эпидермиса и дермы.

IL-1α в регенерации эпидермиса

IL-1α прямо не влияет на рост кератиноцитов, но индуцирует этот рост через паракринные регуляторные механизмы с участием фибробластов дермы [18–21].

В ответ на стимуляцию IL-1α фибробласты экспрессируют множество факторов роста, в т.ч. фактор роста кератиноцитов (KGF), необходимый для пролиферации и дифференциации кератиноцитов.

2. фактора некроза опухоли α( TNF -α, tumour necrosis factor alpha).

Фа́ктор некро́за о́пухоли (ФНО, фактор некроза опухоли-альфа, кахексин, кахектин, англ. tumor necrosis factor, TNF) — внеклеточный белок, многофункциональный провоспалительный цитокин, синтезирующийся в основном моноцитами и макрофагами. Влияет на липидный метаболизм, коагуляцию, устойчивость к инсулину, функционирование эндотелия, стимулирует продукцию ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, интерферона-гамма, активирует лейкоциты, один из важных факторов защиты от внутриклеточных паразитов и вирусов. Впервые был обнаружен в сыворотке мышей, которым были введены БЦЖ и эндотоксин. Сыворотка из таких мышей обладала цитотоксическим и цитостатическим действием на некоторые трансформированные клеточные линии, а также вызывала геморрагический некроз и уменьшение привитых опухолей у мышей. Активирует ядерный транскрипционный фактор NF-κB. Избыточная продукция ФНО вызывает расстройства гемодинамики (снижает сократимость миокарда, минутный объем крови, диффузно увеличивает проницаемость капилляров), цитотоксический эффект на клетки организма.

Тромбоциты, участвующие в формировании фибринового сгустка, также выделяют некоторые провоспалительные факторы:

1. PDGF

2. TGF-β

Эти вещества способствуют привлечению в рану клеток воспаления. В первые 24–36 ч после образования раны в ней преобладают нейтрофилы, привлеченные в зону повреждения хемоаттрактантами, такими как TGF-β, и продуктами жизнедеятельности бактерий.

Нейтрофилы фагоцитируют продукты распада ткани, бактерии и поврежденный матрикс. В области воспаления активизируются тучные клетки, высвобождающиеся гранулы которых содержат разнообразные медиаторы. В частности,

1. гистамин вызывает расширение капилляров и повышение проницаемости их стенок, приводящее к локальному отеку и покраснению.

Спустя 48–72ч после повреждения в зоне воспаления появляются макрофаги, привлеченные хемоаттрактантами TGF-β, PDGF, а также продуктами распада эластина и коллагена. Макрофаги, в свою очередь, выделяют множество ростовых факторов:

1. TGF-β,

2. TNF-α,

3. EGF

4. факторы роста фибробластов ( FGF ) относятся к семейству факторов роста, участвующих в ангиогенезе, заживлении ран и эмбриональном развитии. Факторы роста фибробластов — это гепарин-связывающие белки. Было доказано, что взаимодействия с расположенными на поверхности клеток протеогликанами необходимы для передачи сигнала факторов роста фибробластов. Факторы роста фибробластов играют ключевую роль в процессах пролиферации и дифференцировки широкого спектра клеток и тканей. У человека было обнаружено 22 члена семейства FGF, все они — структурно сходные сигнальные молекулы.

Совокупность этих факторов способствует активации кератиноцитов, фибробластов и эндотелиальных клеток. Пролиферативная стадия наступает на третьи сутки после повреждения и длится около двух недель. В это время происходит миграция фибробластов, отложение вновь синтезируемого матрикса и образование грануляционной ткани, что необходимо для эпителизации. По краям раны начинается рост нового эпидермиса; кератиноциты пролиферируют и, наконец, восстанавливают эпидермальный барьер.

Важное значение для синтеза и организации внеклеточного матрикса имеет происходящая на этой стадии активная реваскуляризация поврежденного участка кожи. Образованию сосудов способствуют локальные факторы микроокружения – низкий pH, снижение напряжения кислорода, повышение концентрации молочной кислоты. Важную роль на этой стадии играет выделяемый тромбоцитами и макрофагами

1. TGF-β.

Он, с одной стороны, усиливает продукцию компонентов матрикса (коллагена, протеогликанов и фибронектина), а, с другой, – вызывает снижение секреции протеиназ и стимулирует выработку:

1. тканевого ингибитора металлопротеиназ (TIMP, tissue inhibitor of metalloproteinases ) семейство молекул, снижающих активность металлопротеиназ внеклеточного матрикса. У человека известно четыре эндогенных ингибитора металлопротеиназ. ). Все TIMPs состоят издвух доменов, фиксируемых шестью дисульфидными связями. Один домен в основном ответственен за ингибирование, в то время как другой домен может связываться с про-желатиназами, а также стимулировать клеточную пролиферацию. Все соединительные ткани содержат TIMPs. Основные места экспрессии TIMP-1 находятся в яичниках и костной ткани, больше характерен для фибробластов. TIMPs ингибируют развитие опухоли, метастазирование и ангиогенез. Повышение концентрации ТИМПс-2 в сыворотке характерно для длительной ремиссии ЗНО.

препятствуя, таким образом, разрушению образующегося матрикса. В пролиферативной фазе участвуют и другие цитокины:

1. FGF

2. TNF-α

3. EGF.

Факторами, инициирующими ангиогенез, служат:

1. фактор роста сосудистого эндотелия(VEGF, vascular endothelial growth factor) сигнальный белок, вырабатываемый клетками для стимулирования васкулогенеза (образование эмбриональной сосудистой системы) и ангиогенеза (рост новых сосудов в уже существующей сосудистой системе). В настоящее время известно несколько различных факторов данного семейства (которое, в свою очередь, является подклассом достаточно обширного на сегодняшний день класса факторов роста).Белки VEGF служат частью системы, отвечающей за восстановление подачи кислорода к тканям в ситуации, когда циркуляция крови недостаточна. Концентрация VEGF в сыворотке крови повышена при бронхиальной астме и понижена при сахарном диабете. Основные функции VEGF — создание новых кровеносных сосудов в эмбриональном развитии или после травмы, усиление роста мышц после физических упражнений, обеспечение коллатерального кровообращения (создание новых сосудов при блокировании уже имеющихся).Повышенная активность VEGF может привести к возникновению различных болезней. Так, со́лидные раковые опухоли не могут вырасти крупнее некоторого ограниченного размера, не получив адекватного кровоснабжения; опухоли же, способные экспрессировать VEGF, могут расти и метастазировать. Избыточная экспрессия VEGF может вызвать сосудистые заболевания тех или иных частей тела (в частности, сетчатки глаз). Некоторые созданные в последние годы лекарственные препараты (такие, как бевацизумаб) способны, ингибируя VEGF, контролировать или замедлять течение таких заболеваний.Текущие исследования показывают, что белки VEGF — не единственный активатор ангиогенеза. В частности, FGF2 и HGF также являются мощными ангиогенными факторами.

2. основной фактор роста фибробластов (bFGF, basic fibroblastgrowth factor)

3. TGF-β

которые продуцируются макрофагами, фибробластами, эпидермальными клетками и клетками эндотелия сосудов, а для эпителизации особенно важны EGF и TGF-β, выделяемые соответственно тромбоцитами и кератиноцитами, а также активированными макрофагами.

Стадия ремоделирования – заключительная фаза заживления раны. Ее длительность варьирует и может превышать 1–2 года. Продукцию нового матрикса и восстановление структуры поврежденной ткани обеспечивают фибробласты, которые, прикрепившись к фибрину, начинают синтезировать преимущественно коллаген I типа. Его созревание, внутри- и межмолекулярные взаимодействия способствуют укреплению образующейся ткани. Благодаря балансу между деградацией и синтезом пучки коллагеновых волокон увеличиваются в диаметре, тогда как фибронектин и гиалуроновая кислота деградируют. Растяжимость в области раны прогрессивно увеличивается параллельно с отложением коллагена.

Активность TIMP  постепенно нарастает, что приводит к снижению активности матриксных металлопротеиназ и, как результат, к накоплению нового матрикса. Хотя первоначальное отложение коллагеновых волокон происходит беспорядочно, в дальнейшем волокна нового матрикса сшиваются, и он делается более ориентированным. Его окончательная организация достигается в процессе реконструкции одновременно с сокращением раны, которое начинается уже в пролиферативной фазе. Подлежащая соединительная ткань сжимается и сближает края раны. Этот процесс также регулируется ростовыми факторами, главными из которых являются:

1. PDGF

2. TGF-β

3. FGF

По мере заживления численность фибробластов и макрофагов уменьшается в результате апоптоза. Когда рана окончательно заживает, рост капилляров и кровоснабжение прекращаются, метаболическая активность уменьшается.