Протеазы тучных клеток в формировании специфического тканевого микроокружения: патогенетические и диагностические аспекты

12.11.2018
Просмотров: 10

1 НИИ экспериментальной биологии и медицины, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Воронеж, Россия; 2 Институт гематопатологии Гамбурга, Германия

Протеазы составляют значительную часть секретома тучных клеток. Биологические эффекты триптазы и химазы зависят от секреторных путей дегрануляции и обладают селективным индуктивным действием на компоненты специфического тканевого микроокружения в механизмах аллергических и воспалительных реакций, ангиогенеза и онкогенеза, ремоделирования внеклеточного матрикса соединительной ткани с изменением гистоархитектоники органа. Полифункциональность протеаз позволяет при проведении молекулярно-морфологического анализа более полно раскрывать значение тучных клеток в развитии физиологических и патологических реакций, рассматривая триптазу и химазу не только в качестве информативных диагностических маркеров ряда заболеваний, но и как перспективную фармакологическую мишень при терапии.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы интерес к биологии тучных клеток (ТК) в мировом научном сообществе постоянно возрастает в связи с расширением представлений не только об их сенситивных качествах в специфическом тканевом микроокружении, но и оказываемом разностороннем действии на другие клетки и структуры экстрацеллюлярного матрикса соединительной ткани (СТ) практически любого органа [1–4]. Содержание ТК в организме достаточно велико, по некоторым подсчетам, в целом составляя орган, аналогичный селезенке [5]. Данный факт наделяет ТК значительными возможностями в регуляции физиологического состояния и формирования патологических изменений. ТК часто расположены вблизи потенциальных мишеней их медиаторов, в частности эпителия, желез, гладких миоцитов, сократительных кардиомиоцитов, фибробластов, кровеносных и лимфатических сосудов, нервов и др. Наиболее богаты ТК ткани и органы, соприкасающиеся с внешней средой – кожа, слизистые оболочки органов дыхательной и пищеварительной систем [5, 6].

Следует отметить, что современные научные взгляды на морфогенетические особенности эффектов ТК во многом опираются на труды А.А. Заварзина, Н.Г. Хлопина, В.Г. Елисеева, А.Г. Кнорре, А.А. Клишова, Р.К. Данилова, сформировавших конструктивные представления о строении и развитии тканей. Созданная ими методология по изучению закономерностей гистогенеза, дивергенции, гетерокинеза, гетерохронии и гетероморфии лежит в оценке тканей как в норме, так и при развитии патологических изменений. С этих позиций ТК можно рассматривать как дифференцированные клеточные элементы дифферона кроветворных тканей с костномозговым происхождением, возможность которого впервые прозвучала в трудах Александра Максимова. Именно Максимов, как основоположник учения о стволовых клетках, предположил в морфологической картине воспаления наличие «полибласта», мигрирующего из сосудистого русла с дальнейшей дифференцировкой в конкретном тканевом локусе.

Сегодня благодаря использованию новых методических подходов к изучению ТК, в том числе множественному иммуномаркированию при морфологическом анализе [7], стремительно развиваются представления как о происхождении, так и функциональной значимости ТК. Совершенствование молекулярно-морфологических технологий позволяет исследовать популяцию ТК in situ в неразрывной связи с остальными компонентами специфического тканевого микроокружения и получать новые факты их участия в механизмах регуляции метаболизма СТ, регенерации и морфогенеза.

Дифференцируясь из CD34+ стволовой клетки красного костного мозга, предшественницы ТК некоторое время находятся в кровеносном русле, покидая его при наличии индуктивных молекулярных сигналов с диссеминацией в тканях и приобретением специализированного фенотипа в зависимости от условий микроокружения [8, 9]. Вместе с этим нами получены экспериментальные данные, свидетельствующие о возможности дедифференцировки ТК непосредственно в строме органов с последующим митотическим делением, что позволяет в краткие сроки увеличивать объем популяции ТК при физиологической целесообразности или развитии патологических реакций. Таким образом, практически каждый орган характеризуется специфической популяцией ТК с определенными качественными и количественными характеристиками, обладающими важной диагностической значимостью [10, 11].

Созревание ТК зависит от многих условий, в том числе наличия интерлейкинов (ИЛ) 3, 4, 9, 10 и 33, фактора стволовых клеток, экспрессии белковой тирозинкиназы Kit (CD117), других цитокинов и хемокинов, в конечном итоге реализуясь молекулярным составом и количеством секретома. Гистохимические особенности продуктов биосинтеза ТК позволили 140 лет назад Паулю Эрлиху определить их на микропрепаратах при окрашивании и дать соответствующее название, объясняющее визуализируемые микроскопические картины [12]. Следует отметить, что именно Эрлих первый увидел цитологическую локализацию протеаз ТК [13]. Арсенал синтезируемых в ТК продуктов с высокой биологической активностью весьма широк и включает гликозаминогликаны, специфические и неспецифические протеазы, лизосомальные энзимы, биогенные амины, митогены, факторы роста, цитокины, хемокины и др. [1, 14,...

Список литературы

  1. Wernersson S., Pejler G. Mast cell secretory granules: armed for battle.Nat Rev Immunol. 2014; 14(7): 478-494.
  2. Robida P.A., Puzzovio P.G., Pahima H., Levi-Schaffer F., Bochner B.S. Human eosinophils and mast cells: Birds of a feather flock together. Immunol Rev. 2018; 282(1): 151-167.
  3. Redegeld F.A., Yu Y., Kumari S., Charles N., Blank U. Non-IgE mediated mast cell activation. Immunol Rev. 2018; 282(1): 87-113.
  4. Федорова Е.А., Суфиева Д.А., Григорьев И.П., Коржевский Д.Э. Тучные клетки эпифиза человека. Успехи геронтологии, 2018, т. 31, №4. – С. 484-489.
  5. Crivellato E., Travan L., Ribatti D. The Phylogenetic Profile of Mast Cells. Mast Cells: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology, 2015; 1220: 11-27.
  6. E. Crivellato, C.A. Beltrami, F. Mallardi, D. Ribatti. The mast cell: an active participant or an innocent bystander? Histol Histopathol. 2004; 19(1): 259–270.
  7. Buchwalow I.B. Immunohistochemistry: Basics and Methods, 1st Edition / I.B. Buchwalow, W. Boecker ed. // London, New York: Springer. 2010. – P. 158.
  8. Ribatti D. The development of human mast cells. An historical reappraisal. Exp. Cell Res. 2016; 342: 210–215.
  9. Welle M. Development, significance, and heterogeneity of mast cells with particular regard to the mast cell-specific proteases chymase and tryptase.J Leukoc Biol. 1997; 61(3): 233–245.
  10. Федорова Е.А., Коржевский Д.Э., Бекоева С.А., Гусельникова В.В., Коржевская В.Ф. Гистохимическая и иммуногистохимическая идентификация тучных клеток миокарда человека. Морфология, 2015, №2. – С. 80-86.
  11. Atiakshin D., Samoilova V., Buchwalow I., Boecker W., Tiemann M. Characterization of mast cell populations using different methods for their identification. Histochem Cell Biol. 2017; 147(6): 683-694.
  12. Ehrlich P. Beiträge für Theorie und Praxis der histologischen Färbung Doktor thesis, Leipzig University. 1878.
  13. Бухвалов И. Пауль Эрлих и его вклад в становление и развитие гистохимии: посвящение к столетию со дня смерти. И. Бухвалов, В. Бекер, М. Тиманн. Журнал анатомии и гистопатологии. 2016, т. 5, №3. – С. 98–104.
  14. Mukai K., Mindy Tsai M., Saito H., Galli S.J. Mast cells as sources of cytokines, chemokines, and growth factors. Immunological Reviews. 2018; 282: 121–150.
  15. Approaches for analyzing the roles of mast cells and their proteases in vivo. Galli S.J., Tsai M., Marichal T., Tchougounova E., Reber L.L., Pejler G. Adv Immunol. 2015; 126: 45-127.
  16. Trivedi N.N. Mast cell peptidases: chameleons of innate immunity and host defense. N.N. Trivedi, G.H. Caughey. Am J Respir Cell Mol Biol. 2010; 42(3): 257–267.
  17. Rönnberg E. Mast cell proteoglycans. E. Rönnberg, F.R. Melo, G. Pejler // J Histochem Cytochem. 2012; 60(12): 950–962.
  18. Mast cell proteases. G. Pejler, M. Åbrink, M. Ringvall, S. Wernersson. Adv Immunol. 2007; 95: 167–255.
  19. Pejler G., Abrink M., Wernersson S. Serglycin proteoglycan: regulating the storage and activities of hematopoietic proteases. Biofactors. 2009; 35(1): 61–68.
  20. Mulloy B., Lever R., Page C.P. Mast cell glycosaminoglycans. Glycoconjugate journal. 2016. doi: 10.1007/s10719-016-9749-0.
  21. Hernández-Hernández L., Sanz C., García-Solaesa V., Padrón J., García-Sánchez A., Dávila I., Isidoro-García M., Lorente F. Tryptase: genetic and functional considerations. Allergol Immunopathol (Madr). 2012; 40(6): 385–389.
  22. Dell’Italia L.J., James F. Collawn, Carlos M. Ferrario Multifunctional Role of Chymase in Acute and Chronic Tissue Injury and Remodeling. Circ Res. 2018; 122: 319-336.
  23. Caughey G.H. Mast cell proteases as pharmacological targets. Eur J Pharmacol. 2016; 778: 44–55.
  24. Ammendola M., Sacco R., Sammarco G., Luposella M., Patruno R., Gadaleta C.D., Sarro G.D., Ranieri G. Mast cell-targeted strategies in cancer therapy. Transfus Med Hemother. 2016; 43(2): 109–113.
  25. Singh J., Shah R., Singh D. Targeting mast cells: Uncovering prolific therapeutic role in myriad diseases. International immunopharmacology. 2016; 40: 362–384.
  26. Vitte J. Human mast cell tryptase in biology and medicine. Mol Immunol. 2015; 63(1): 18-24.
  27. Caughey G.H. Mast cell tryptases and chymases in inflammation and host defense. Immunol Rev. 2007; 217: 141–154.
  28. Schwartz L.B., Irani A.M., Roller K., Castells M.C., Schechter N.M. Quantitation of histamine, tryptase, and chymase in dispersed human T and TC mast cells. J Immunol. 1987; 138(8): 2611–2615.
  29. Pejler G., Rönnberg E., Waern I., Wernersson S. Mast cell proteases: multifaceted regulators of inflammatory disease. Blood. 2010; 115(24): 4981–4990.
  30. Caughey G.H. New developments in the genetics and activation of mast cell proteases. Mol Immunol. 2001; 38: 1353–1357.
  31. Caughey G.H. Mast cell proteases as protective and inflammatory mediators. Adv Exp Med Biol. 2011; 716: 212–234.
  32. De Souza Junior D.A., Santana A.C., da Silva E.Z., Oliver C., Jamur M.C. The role of mast cell specific chymases and tryptases in tumor angiogenesis. Biomed Res Int. 2015; 2015: Article ID 142359.
  33. Hallgren J., Pejler G. Biology of mast cell tryptase. An inflammatory mediator. Federation of European Biochemical Societies journal. 2006; 273(9): 1871–1895.
  34. Hallgren J., Gurish M.F.Granule maturation in mast cells: histamine in control.Eur J Immunol. 2014; 44(1): 33–36.
  35. Hallgren J., Spillmann D., Pejler G. Structural requirements and mechanism for heparin-induced activation of a recombinant mouse mast cell tryptase, mouse mast cell protease-6: formation of active tryptase monomers in the presence of low molecular weight heparin. J Biol Chem. 2001; 276: 42774–42781.
  36. Glenner G.G., Cohen L.A. Histochemical demonstration of species-specific trypsin-like enzyme in mast cells. Nature. 1960; 185: 846-847.
  37. Быков В.Л. Секреторные механизмы и секреторные продукты тучных клеток. Морфология. 1999, т. 115, №2. – С. 64–72.
  38. Dvorak A.M. Ultrastructural analysis of human mast cells and basophils. Chem. Immunol. 1995; 61: 1–33.
  39. Shukla S.A., Veerappan R., Whittimore J.S., Ellen Miller L., Youngberg G.A. Mast cell ultrastructure and staining in tissue. Methods Mol Biol. 2006; 315: 63–76.
  40. Atiakshin D.,Buchwalow I., Samoilova V.,Tiemann M. Tryptase as a polyfunctional component of mast cells. Histochemistry and Cell Biology. 2018; 149(5): 461-477.
  41. Blank U., Madera-Salcedo I.K., Danelli L., Claver J., Tiwari N., Sánchez-Miranda E., Vázquez-Victorio G., Ramírez-Valadez K.A., Macias-Silva M., González-Espinosa C. Vesicular trafficking and signaling for cytokine and chemokine secretion in mast cells. Front Immunol. 2014. V. 5. Article 453.
  42. Vukman K.V., Försönits A., Oszvald Á., Tóth E.Á., Buzás E.I. Mast cell secretome: Soluble and vesicular components. Semin Cell Dev Biol. 2017. 67:65-73
  43. Crivellato E., Nico B., Ribatti D. Mast cells and tumour angiogenesis: new insight from experimental carcinogenesis Cancer Lett. 2008; 269(1): 1-6.
  44. Krystel-Whittemore M., Dileepan K.N., Wood J.G. Mast cell: a multi-functional master cell. Front Immunol. 2016; 6. Article 620. P.1–12.
  45. Yu M., Tsai M., Tam S.Y., Jones C., Zehnder J., Galli S.J. Mast cells can promote the development of multiple features of chronic asthma in mice. J Clin Invest. 2006; 116: 1633–1641.
  46. Ribatti D. Mast cells in lymphomas. Crit Rev Oncol Hematol. 2016; 101:207–12.
  47. Dai H., Korthuis R.J. Mast Cell Proteases and Inflammation.Drug Discov Today Dis Models. 2011; 8(1): 47-55.
  48. Аралова М.В., Атякшин Д.А., Глухов А.А., Андреев А.А., Чуян А.О., Карапитьян А.Р. Тучные клетки как активный компонент процесса репарации ран. Журнал анатомии и гистопатологии, 2018, т. 7, №2. – С. 103-109.
  49. Алексеева Н.Т., Глухов А.А. К вопросу о роли тучных клеток в процессе заживления ран. Вестник экспериментальной и клинической хирургии, 2011, т. 4, №4. – С. 864–871.
  50. Levi-Schaffer F., Piliponsky A.M. Tryptase, a novel link between allergic inflammation and fibrosis. Trends Immunol. 2003; 24: 158–161.
  51. Corvera C.U., Déry O., McConalogue K., Böhm S.K., Khitin L.M., Caughey G.H., Payan D.G., Bunnett N.W. Mast cell tryptase regulates rat colonic myocytes through proteinase- activated receptor 2.J Clin Invest. 1997; 100: 1383–1393.
  52. Ui H., Andoh T., Lee J.B., Nojima H., Kuraishi Y. Potent pruritogenic action of tryptase mediated by PAR-2 receptor and its involvement in anti-pruritic effect of nafamostat mesilate in mice . Eur J Pharmacol. 2006; 530: 172–178.
  53. Steinhoff M., Buddenkotte J., Shpacovitch V., Rattenholl A., Moormann C., Vergnolle N., Luger T.A., Hollenberg M.D. Proteinase-activated receptors: transducers of proteinase-mediated signaling in inflammation and immune response. Endocr Rev. 2005; 26: 1–43.
  54. Molinari J.F., Scuri M., Moore W.R., Clark J., Tanaka R., Abraham W.M. Inhaled tryptase causes bronchoconstriction in sheep via histamine release. Am J Respir Crit Care Med. 1996; 154: 649–653.
  55. Schwartz L.B. Tryptase, a mediator of human mast cells. J Allergy Clin Immunol. 1990; 86: 594–598.
  56. Атякшин Д.А., Антакова Л.Н., Мошуров И.П., Васильева М.М. Молекулярно-биологические аспекты влияния секретома тучных клеток на онкогенез. Прикладные информационные аспекты медицины, 2017, т. 20, №4. – С. 151-158.
  57. Dong X., Geng Z., Zhao Y., Chen J. and Cen Y. Involvement of mast cell chymase in burn wound healing in hamsters Experimental and therapeutic medicine 2013; 5: 643-647.
  58. Kosanovic D., Luitel H., Dahal B.K., Cornitescu T., Janssen W., Danser A.H., Garrelds I.M., De Mey J.G., Fazzi G., Schiffers P., Iglarz M., Fischli W., Ghofrani H.A., Weissmann N., Grimminger F., Seeger W., Reiss I., Schermuly R.T. Chymase: a multifunctional player in pulmonary hypertension associated with lung fibrosis. Eur Respir J. 2015; 46(4): 1084-1094.
  59. Suttle M.M., Harvima I.T. Mast cell chymase in experimentally induced psoriasis. J Dermatol. 2016; 43(6): 693-696.
  60. Енькова Е.В., Атякшин Д.А., Гайская О.В., Хоперская О.В. Оценка популяции ТК децидуальной ткани и статуса витамина D у женщин с неразвивающейся беременностью в эмбриональном периоде. Вестник новых медицинских технологий, 2018, т. 25, №3. – С. 21-27.
  61. Енькова Е.В., Атякшин Д.А., Гайская О.В., Хоперская О.В. Перспективы изучения тучных клеток эндометрия. Прикладные информационные аспекты медицины, 2017, т. 20, №4. – С. 111-117.
  62. Buchwalow I., Atiakshin D, Samoilova V., Boecker W., Tiemann M. Identification of autofluorescent cells in human angioimmunoblastic T-cell lymphoma. Histochemistry and Cell Biology, 2018; 147 (6): 683-694.

Об авторах / Для корреспонденции

Дмитрий Андреевич Атякшин, д.м.н., директор НИИ экспериментальной биологии и медицины ВГМУ им. Н.Н. Бурденко, зав. лабораторией молекулярной морфологии и иммунной гистохимии, доцент кафедры гистологии. 394000, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10. Тел. 8(903) 650-18-53. E-mail: Earth-mars38@yandex.ru
Игорь Борисович Бухвалов, д.б.н., профессор, Институт гематопатологии Гамбурга, Германия.
Маркус Тиманн, доктор медицины, профессор, директор Института гематопатологии Гамбурга, Германия

Полный текст публикаций доступен только подписчикам

Нет комментариев

Комментариев: 0

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь
Статьи по теме

Смотрите также