Стволовые и камбиальные клетки

Давно известно, что почти каждая ткань в организме имеет запас так называемых камбиальных клеток, которые пополняют ее клеточный состав, постоянно тающий от функциональных перегрузок или болезней. При столь пристальном внимании к стволовым клеткам немудрено, что камбиальные клетки преданы забвению. О них вообще как-то стали забывать. А между тем камбиальные клетки — непосредственный участник восстановительных процессов в тканях. Наглядный тому пример — клетки росткового слоя кожи, пополняющие постоянно расходуемый запас зрелых, уже не делящихся клеток кожного покрова. Более того, до открытия стволовых клеток речь шла только о таком способе репарации. В нервной ткани камбиальных клеток, способных размножаться, нет (о глии речь не идет). Но там сохраняется резерв молодых клеток — нейробластов, которые благодаря своей дифференцировке восполняют различные дефекты, сохраняя тем самым функциональную дееспособность соответствующего отдела мозга или периферической нервной системы.

Каковы же взаимоотношения стволовых и камбиальных клеток? Возможны ли их взаимопревращения, может ли региональная стволовая или прогениторная клетка (клетка-предшественник) дать начало камбиальной и наоборот, происходит ли этот процесс в организме, каково его значение для нормального течения восстановительных процессов и каков (если он существует) его молекулярно-генетический механизм? Решение этих вопросов имеет важное не только фундаментальное, но и практическое значение. Изучение стволовых клеток в разных экспериментальных условиях, бесспорно, поможет найти ответы и позволит представить в новом свете тонкие механизмы восстановительных процессов, протекающих в организме. Такие работы уже начаты, в частности на стволовых клетках эпителиального покрова кожи. Результаты противоречивы и дают повод для дискуссий.

При этом следует учитывать, что в самую начальную фазу дифференцировки с разной степенью эффективности включается несколько программ, и судьба клеток еще однозначно не решена. Например, в развивающемся нейробласте, дифференцирующемся в катехоламинэргическом направлении, синтезируются не только мРНК для компонентов катехоламинэргической системы, но и мРНК для компонентов холинэргической системы. Если в определенный момент развития сменить катехоламинэргическую мишень, иннервируемую данной клеткой, на холинэргическую, то ранее более интенсивный синтез «катехоламинэргических» РНК начнет тормозиться и возобладает синтез «холинэргических» РНК. В результате произойдет как бы перепрограммирование клетки на новый путь развития.

Стволовые клетки, встречающиеся в шиповатом слое эпидермиса кожи, чьи клетки уже не делятся и активно специализируются, как раз и могут быть «мигрантами» из очага стволовых клеток. Мне доводилось встречать такие клетки в дифференцирующейся автономной нервной системе эмбрионов человека. Иными словами, ситуация с «превращениями» стволовых клеток и их взаимоотношениями с камбиальными клетками далеко не так проста, как это может показаться на первый взгляд.

Изменились ли представления о клеточной дифференцировке с открытием стволовых клеток?

Вопреки утверждению некоторых авторов — пока нет. Во-первых, дифференцировка любых стволовых клеток происходит по законам, сформулированным для клеточной дифференцировки вообще. В этом и заключается ценность стволовых клеток как модельной системы. Во-вторых, клетки, в том числе и стволовые, начав дифференцировку, утрачивают способность к делению, по крайней мере на конечных стадиях. И, наконец, изучение поведения стволовых клеток не поколебало представлений о стабильности и необратимости клеточной дифференцировки: из фиброцита, плазматической или из париетальной клетки желудка никогда не получится нейрон, а из нейрона не возникнет кожная клетка. Тезис, что стволовая клетка способна к разного рода трансформациям, никак не нарушает это правило, а лишь демонстрирует мультипотентность, свойственную ранним эмбриональным клеткам. На стадии терминальной дифференцировки клетка обретает стабильное состояние и теряет способность к делению и разного рода превращениям.

Что же нового дало открытие стволовых клеток во взрослом организме? Оно изменило наши представления об организации тканей и о механизмах протекающих в них восстановительных процессов. Был сделан новый и очень важный вывод: эмбриональные клетки с высоким потенциалом к развитию сохраняются и во взрослом организме. Более того, они составляют важнейшее звено в цепи репаративных процессов, о чем ранее не подозревали. Так, описывая в 70-е годы эмбриональные клетки в печени взрослой мыши (в книге «Взаимодействие генов в развитии». М., 1977), я не предполагал, что они обладают столь высоким потенциалом к развитию и принимают активное участие в репарации.

Открытие стволовых клеток повлекло необходимость замены существовавшей до сих пор схемы репаративных процессов в тканях:

на новую схему, отражающую существование стволовых клеток во взрослом организме:

В ходе клеточного деления из стволовых клеток возникают материнская и дочерняя клетки. Материнские используются для самоподдержания популяции, а дочерние либо «выходят» в камбиальную клетку, либо непосредственно в дифференцировку. Стволовая клетка сохраняет свойства ранних эмбриональных клеток — плюрипотентность, а камбиальная эту способность утрачивает и производит лишь региональные структуры.

Таким образом, в изучении восстановительных процессов сделан большой шаг вперед. Но предстоит еще очень много сделать, чтобы познать тонкие механизмы поведения стволовых клеток и найти возможность использовать эти знания в клинической практике.

Ситуация в данном случае непростая. Она осложняется еще и присутствием маркеров, которые специфически «метят» стволовые клетки и их производные. В частности, в базальном, ростовом слое эпителия кожи имеется стволовых клеток 10%, а белок b1-интегрин, специфический маркер этих клеток, содержится у 40% клеток этого слоя. В связи с этим сообщения о взаимопревращениях и трансформациях кожных (да и других тоже!) стволовых клеток требуют серьезной экспериментальной проверки.