Стволовые клетки выходят по часам

В циркадианном ритме протекает большинство процессов нашего организма. И хотя современной хронобиологии уже больше 40 лет, процессы, лежащие в основе этого, пока мало изучены. То, что органы работают «по часам», было известно ещё в Китае 1,5–2 тысячи лет назад, но, как показали ученые из нескольких медицинских институтов Нью-Йорка, в таком же ритме работают и системы регенерации.

Согласно современным представлениям, восстановление и обновление тканей обеспечивается специфическими клетками-предшественниками, располагающимися в тканях, или клетками, мигрирующими из костного мозга. Как предсказал петербуржский гистолог Александр Максимов в начале века, гемопоэтические стволовые клетки способны делиться и дифференцироваться в более зрелые формы – «белые» и «красные» клетки крови. Этот процесс протекает в основном в пределах костного мозга.

Другие превращения этих клеток – например, в эндотелий сосудов или фибробласты соединительной ткани – регулярно обеспечивают процессы регенерации и обновления.

Гемопоэтические стволовые клетки не обладают такой пластичностью, то есть способностью превращаться в разнообразные клетки нашего организма, как так называемые стромальные клетки костного мозга, для которых этот феномен был описан тридцать лет назад новосибирскими учеными. Сейчас именно они – мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки – являются основой разнообразных вариантов клеточной терапии. Тем не менее, и гемопоэтические клетки чрезвычайно важны для регенерации и широко используются в медицинской практике.

И если мезенхимальные стромальные клетки самостоятельно редко выходят за пределы костей, то выброс в кровь гемопоэтических происходит регулярно, а теперь можно даже сказать «строго по часам».

Нью-йоркские ученые измерили содержание таких клеток в кровяном русле мышей в разное время стандартного суточного цикла 12/12, то есть 12 часов света, 12 – темноты.

Максимум выброса пришелся на 5 часов, минимум – на 17 часов с начала светлой части суток. И в максимуме клеток выбрасывалось впятеро больше, чем в минимуме!

Если на пике максимума в 1 мл крови было 90–110 клеток-предшественников, то в 17 часов по «световому времени» – всего 20.

Ученые пошли дальше и изменили условия обитания своих подопечных на непривычные им. У мышей, живших при включенной лампочке в течение двух недель, кривая суточного распределения поднялась – минимум достиг значения 60, а максимум – 120. Такие изменения существенно повышают способность к регенерации, но при этом истощается и нервная система, и другие системы регуляции.

Существенно меняла естественное расписание выброса стволовых клеток и внезапная смена режима с ночи на день со сдвигом в 12 часов. Зверьки, которых бы внезапно переселили с Чукотки в Калининградскую область, не смогли бы восстанавливаться так же эффективно, как прежде. Грызуны же, прожившие 2 недели в полной темноте, выбрасывали клетки в кровь практически в том же режиме. И если двухнедельное «засвечивание» привело к смещению цикла на 4 часа, то темнота сдвига не вызвала.

Не скрылся от ученых и механизм такой регуляции, контролируемый центральной нервной системой. Они показали, что работает он следующим образом. Из окончаний симпатической нервной системы выделяется норадреналин, связывающийся с адренергическими рецепторами 2 типа на клетках тканевой ниши. Это, в свою очередь, контролирует работу гена Cxcl12, активность которого находится в строгой противофазе с количеством клеток-предшественников в русле.

В отличие от чистолинейных мышей, не отличающихся даже по оттенку шерсти, у других животных, а тем более людей, циклы строго индивидуальны.

Так что открытие американских ученых необходимо применять в сочетании с определением фазы цикла. А за применением вопрос не встанет, ведь на сегодняшний день «мобилизация» – повышение количества выходящих из костного мозга в кровь клеток-предшественников – является одной из основных проблем клеточной терапии. Традиционно для этого используется введение различных факторов роста – например, гранулоцитарного гормона (G-CSF), стимулирующего выброс стволовых клеток костным мозгом. Однако подобная «подготовка» не из дешевых и имеет ряд противопоказаний.

Новый метод требует только выбора правильной фазы цикла – времени забора крови, а потому даже не нуждается в регистрации и получении дополнительных разрешений. Тем более что измерять время на внутренних часах учёные, кажется, научились. Остается надеяться, что в скором времени ученые смогут провести широкомасштабные исследования роли внутренних часов уже в человеческом, а не мышином организме.