Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

8. fejezet - V. rész - A lymphohaematopoeticus rendszer

8. fejezet - V. rész - A lymphohaematopoeticus rendszer

25. fejezet - A vérsejtek kialakulása és fejlődése (lymphohaematopoesis)

Az erekben keringő vér a folyékony fázist alkotó vérplazmából (rövidebben plazmából) és a plazmában szuszpendált alakos elemekből, vérsejtekből áll. A vér különböző alakos elemei közül a vörösvérsejtek (más elnevezéssel vörösvértestek, erythrocyták) a gáztranszport, a vérlemezkék (thrombocyták) a vérzésekkel szembeni védelem (hemosztázis), a granulocyták, a monocyták és a lymphocyták az „idegenek”-kel szembeni védekezés szolgálatában állanak.

Az egészséges felnőtt egyének vére mikroliterenként átlagosan kb. 4,5-5,0 millió vörösvérsejtet, 150 000-300 000 vérlemezkét és kb. 7000 fehérvérsejtet tartalmaz. Egészséges emberben a vérsejtek a vér 44–46%-át képezik. Az értéket ma frakcionálisan fejezzük ki, ez a hematokritérték,0,44–0,46. Egészséges körülmények között a hematokritérték legnagyobb részét a vörösvérsejtek teszik ki, pl. a 0,44-es értékből 0,43-at.

A vörösvérsejtek átlagosan 120 napig, a vérlemezkék 10 napig élnek. (A különböző fehérvérsejtek életciklusát a 26. fejezetben ismertetjük.) Az állandóan folyó, bazális szintű konstitutív haematopoesispótolja az életciklusuk végére ért, elpusztult sejteket. Vérsejtveszteség, fertőzés alkalmával, vagy akár egyszerűen magaslati klímán a különböző vérsejtek a nyugalmi vérsejtképzést meghaladó mennyiségben és differenciáltan képződnek újra (szelektíven fokozott erythropoesis, granulopoesis, thrombopoesis, ún. „stressz haematopoesis”).

Valamennyi vérsejt, továbbá néhány szöveti sejt a vörös csontvelőben található lymphohaematopoeticus őssejtből (haematopoetic stem cell, HSC) származik; ezek a sejtek valamennyi sejtvonal kialakítására képesek, omnipotensek. Az őssejtek definicíószerűen olyan sejtek, amelyek egyrészt oszlásukkal saját magukat képesek reprodukálni (önreprodukció), másrészt differenciálódásra is képesek, belőlük különböző sejtvonalak képződhetnek. A HSC-ből kialakult fejlődési vonalak az erythroid sejtek, a megakaryocyták/thrombocyták, a monocyták/macrophagok, a granulocyták (neutrofil, eozinofil és bazofil sejtek), a hízósejtek, a B-lymphoid, a T-lymphoid és az NK- (natural killer) sejtek, végül a különböző dendritikus sejtek vonalai (25-1. ábra). (A 26. fejezetben ismertetjük, hogy az előbb felsorolt sejtvonalak többsége még szubpopulációkká differenciálódik, így a megadott vonalak jelentős egyszerűsítésnek tekinthetők.)

25-1. ábra . A vérsejtképződés modelje. HSC: haematopoeticus őssejt; LT: „long-term”; ST: „short-term”; MPP: multipotens progenitor; GMP: granulocyta/monocyta progenitor; MEP: megakaryocyta/erythrocyta progenitor

A csontvelői vérsejtképzés

Az őssejtek önreprodukciójának helye a vörös csontvelő. A sejtvonalak egy részének differenciálódása a csontvelőben befejeződik. Más vonalak bizonyos fejlődési szinten – véglegesen vagy időlegesen – elhagyják a csontvelőt; további differenciálódásuk más szervekben [thymus, szekunder nyirokszervek, vagy „hazatalálásuk” (homing) után éppen ismét a csontvelő] fejeződik be.

Felnőtt emberben a vörös csontvelő összességében mintegy 1500 g tömegű „szerv”. A csontvelő a szivacsos csontokban (szegycsont, medencecsont, bordák, csigolyák), ill. egyes csöves csontok szivacsos epiphysisében helyezkedik el. A csontgerendákat osteoblastok burkolják (ezeknek egyébként a „főfoglalkozása” a csontállomány építése). A csontgerendák között futó vérerek sinusoidokká tágulnak, az ezeket bélelő endothelsejtek szélei nem érintkeznek egymással, így a haematopoesisben részt vevő sejtek közel akadálytalanul juthatnak ki az érpályába, ill. onnan vissza a csontvelőbe. Az osteoblastok és a sinusoidok között helyezkednek el a stromasejtek (ezek a csontvelőben található nem haemopoeticus sejtek, endothelsejtek, fibroblastok, zsírsejtek stb.), valamint magának a haematopoesisnek a sejtjei. Az osteoblastok és a stromasejtek „fészkeket” (francia-angol kifejezéssel niche) képeznek, amelyekben a főszerepet sejt-sejt kontaktusok játsszák; a haematopoeticus sejtek és a „fészkek” sejtjei fehérje-fehérje kontaktusokkal kapcsolódnak egymáshoz.

A csontvelői HSC-k egy része tartósan nyugalmi (G0-) állapotban van, azaz nincs bennük DNS-szintézis. A HSC-k fizikailag közel helyezkednek el az osteoblastokhoz, a „nyugalmat” az osteoblastokkal kialakuló sejt-sejt kontaktusok instruktív molekulákkal kényszerítik rá a sejtekre, ezek a jelzések gátolják a sejtek ciklusba lépését. A G0-állapot addig tart, amig az osteoblasttal kialakult sejt-sejt kontaktus fennáll. A nyugvó HSC-k bizonyos hatásokra elhagyják addigi fészküket, más mikrokörnyezetbe, a csontvelő ún. vascularis zónájába kerülnek, ahol már nem érvényesül a sejtoszlást gátló hatás. Az új környezetben ezzel szemben sejtoszlást megindító hatások lépnek fel, megindulhat a sejtciklus. Az őssejtek négy lehetséges átalakulás egyikén mehetnek tovább: 1. önreprodukciós ciklusba léphetnek, további őssejteket képezhetnek; 2. elköteleződés valamelyik fejlődési vonal irányába, amelynek során progenitor sejtet képeznek; 3. programozott sejthalálnak (apoptózisnak) esnek áldozatul; végül 4. őssejtmozgósítás, amelynek során elhagyhatják addigi környezetüket, és a vérkeringésbe lépnek. HSC-k jelenléte a vérben normális jelenség, ezek a sejtek a rajtuk lévő receptoroknak köszönhetően visszatalálhatnak a csontvelőbe (homing). Ezen utóbbi tény felismerése eredményezte a 20. század közepén a „csontvelő-transzplantáció”-t, amivel egyes, addig gyógyíthatatlan betegek ezreit lehet akár véglegesen meggyógyítani. [Minthogy ma már nemcsak natív csontvelőt ültetnek át, hanem a perifériás vérből vagy szülés után a retroplacentaris vérből nyert és tisztított őssejtszuszpenziót is, azért az eljárás elfogadott neve „(lympho)haematopoeticus sejtek átültetésé”-re változott. A köznyelv azonban megmaradt az eredeti névnél.]

Kísérletes és gyógyító őssejtátültetés („csontvelő-transzplantáció”)

A vérsejtképződés intenzív kutatását az a felismerés indította el, hogy az ionizáló sugárzások halálos (letális) következményeit – bizonyos dózistartományban – a vérsejtképzés részleges vagy teljes megszűnése okozza. (A maghasadási reakciók felfedezése, az atombomba 1945-ben végrehajtott felrobbantása és az ezt követő, sok áldozatot követelő sugárbetegség további lendületet adott a kutatásnak.)

Az ionizáló sugárzás kísérleti állatokban kialakuló letális következményeit beltenyésztett (genetikailag azonos, „syngen”) egerekből származó csontvelői sejtek intravénás injekciójával ki lehetett védeni. A bejuttatott sejtek újranépesítették (repopularizálták) a csontvelőt, és – minthogy rágcsálókban a lép is haematopoeticus szerv – a lépben is szemmel látható telepeket (lépkolóniákat) képeztek, minden egyes kolónia monoklonális, azaz egyetlen megtapadt csontvelői sejtből keletkezett (ennek a sejtnek – jobb híján – lépkolóniát képző sejt, colony-forming unit spleen, CFU-S nevet adták).

A beültetett sejtek „hazatalálásának” sejtbiológiai alapja a transzplantált sejtek felszínén és a befogadó szerv – csontvelő és lép – endothelsejtjein lévő felismerő molekulák egymásra találása. Ezt követően a csontvelői (vagy lép) mikrokörnyezet indítja meg a beültetett sejtek proliferációját és differenciálódását.

Az évtizedekig tartó – és valószínűleg még ma sem lezárt – kutatómunkával a csontvelői sejteket a rajtuk lévő markermolekulák alapján frakcionálták (a markereket a továbbiakban ismertetjük). Ezzel sikerült olyan frakcióhoz jutni, amelyből egyetlen sejt („őssejt”) helyreállította a letálisan besugárzott egér teljes lymphohaematopoesisét.

A transzplantáció során eredményesen túlélő őssejteknek két nagyobb osztálya van. Az egyik osztály sejtjei hosszú távon, évekre, ill. véglegesen képesek a teljes lymphohaematopoesist helyreállítani, „long-term” őssejtek (LT-HSC). A másik osztály sejtjei valamivel érettebb populációt képviselnek (bár még mindig omnipotensek), csak időlegesen, hetekre vagy hónapokra biztosítják a lymphohaematopoesist, „short-term” őssejtek (ST-HSC).

A 20. század második felétől kezdve a „csontvelő-transzplantáció” bevonult a gyógyító orvostudomány fegyvertárába: ezt alkalmazzák – mint egyedüli gyógyító eljárást – teljes csontvelő-elégtelenség, egyes genetikai eredetű vérsejt-anomáliák, immunhiányok, hematológiai malignus betegségek (leukaemiák) gyógyítására. Sikeres transzplantációt követően valamennyi csontvelői eredetű sejtvonal regenerálódik: valamennyi „valódi” vérsejt (erythroid sejtek, megakaryocyták, valamennyi granulocyta, T,- B- és NK-sejtek), a szöveti hízósejtek, a mononukleáris fagocitavonalból származó macrophagok (a máj Kupffer-sejtjei, alveolaris macrophagok, a csont osteoclastjai, az agy microgliasejtjei) és a dendritikus sejtek (l. a 26. fejezetet).

A sejtfelszíni markermolekulák („névjegyek”)

A lymphohaematopoeticus sejteket eredetileg mikroszkóp alatt festett készítményekben morfológiájuk alapján különítették el. A fejlődés különböző fokán lévő sejteket sokkal pontosabban jellemzi a membránjukban kifejezett markermolekulák (főként glikoproteinek) mintázata, ami a differenciálódásnak megfelelően változik, egyes makromolekulák megjelennek, mások eltűnhetnek. A felszíni markermolekulákat megfelelő technikák alkalmazásával azonosítani lehet. A különböző markermolekulák összessége (sejtmarker-mintázat) jellemző a sejtre („névjegy”), azonosítja a kérdéses sejtet. (A „névjegy” kifejezés voltaképpen a sejt fenotípusát jelenti.) A markerek segítségével az egyes kiszemelt sejteket akár vizsgálatok számára, akár terápiás célra megfelelő készülékben el lehet különíteni. Az egyes markereket a Cluster of Differentiation elnevezés alapján CD előtag és egy szám kombinációjával azonosítják (pl. a CD34-marker). A felszíni markereknek nemcsak jelenléte, hanem hiánya is jellemző lehet, így pl. a „névjegy”-ben szerepelhet a CD34+- és CD34-jelzés.

A differenciálódás sejtbiológiája

A lymphohaematopoesisban a legkorábbi – legkevésbé differenciált – őssejtek omnipotensek, belőlük bármely vér- vagy szöveti immunsejt kialakulhat. Ez az elvi lehetőség a differenciálódási lépések során korlátozódik, az omnipotens sejtből multipotens, oligopotens, végül unipotens sejt jön létre. A differenciálódás a génátírás változásait jelenti: egyes transzkripciós folyamatok időleges vagy végleges megszűnése, az új molekulák megjelenése, addig „csendes” gének transzkripciójának megindulása. A differenciálódás nagyon sok egymást követő lépésből áll; ezek hasonló elven alapulnak (hasonló paradigmát követnek), de az egyes lépésekben többnyire eltérő molekulák (szignálmolekulák, receptorok, jelátviteli molekulák, transzkripciós faktorok) szerepelnek.

A differenciálódás valamennyi fokán az adott differenciálódási lépést a környezetből származó szabályozó molekula indítja meg [ez vagy szabad, a környező sejtekből felszabaduló citokin (l. alább), vagy sejt-sejt kontaktus a környező sejtek membránjában kötött sejtfelszíni molekulával]. Mind a szabad, mind a kötött szabályozó molekulák a fejlődő sejt membránjában lévő receptorokhoz kötődnek, és megindítják a több lépésből álló jelátviteli folyamatokat (jelátviteli kaszkád). A kaszkád végső lépései hatnak a transzkripcióra: vagy működő géneket „csendesítenek”, vagy addig inaktív géneket aktiválnak.

Ez a paradigma csak egyetlen differenciálódási lépést magyaráz meg, de nem mond semmit az egymást követő lépések eredetéről. További lépések keletkezésének két lehetősége is van. Az egyik ezek közül, hogy a megelőző lépés eredményeként addig még nem kifejezett receptorok jelennek meg a membránban, amelyek további jelen lévő szignálmolekulákkal kapcsolódnak, és ezzel új transzkripciós folyamatok aktiválódnak. Ezzel párhuzamosan meglévő receptorok tűnnek el a membránból, a hozzájuk kapcsolt transzkripciós út bezárul. A másik lehetőség a differenciálódó sejt helyváltoztatása, ezzel új környezetbe kerülése, új szignálmolekulák megjelenése és addig nem aktivált receptorok bekapcsolása; ezzel szintén új transzkripciós folyamat indulhat meg. A helyváltoztatás indukciója és megállítása szintén specifikus molekulákhoz kötött. A helyváltoztatást megindító kemokinek (kemotaktikus citokinek) a differenciálódó sejtek specifikus kemokinreceptoraihoz kötődnek. Maga a mikrokörnyezet, a már említett fészek (niche) meghatározó jelentőségű a differenciálódásban. A sejtek vándorlása ott szűnik meg, ahol a „fészek” sejtjein lévő receptorok „elfogják” a mozgásban lévő immunsejtet.

A HSC-k oszlása valamelyik lépcsőben olyan sejteket eredményez, amelyek egyrészt már nem képesek saját magukat reprodukálni, másrészt valamelyik fejlődési vonal irányában nyernek hajlamot. Egy-egy transzkripciós faktor aktiválódása „hajlamosítja” a sejtet egy meghatározott differenciálódás felé, a sejt érzékenyebben reagál a következő induktív jelre, azonban nem jelenti egy másik út felé a teljes bezáródást. A hajlamosításmég nem jelent végleges elkötelezettséget. A további „mérlegelést” külső induktív tényezők befolyásolják. Kis transzkripciószabályozási változások sorozata vezet el a teljes „elköteleződéshez” (commitment), a sejt végérvényesen – visszafordíthatatlanul – egy adott útra lépett, ekkor már bezáródik az alternatív út.

Egyes instrukciós szignálok a velük reagáló receptorokon keresztül (angolul death receptors) a sejtek apoptózisát (programozott pusztulását) kezdeményezik. A differenciálódó sejtek többsége apoptózisnak esik áldozatul; apoptózis korlátozza az érett vörösvérsejtek és immunsejtek számát.

Citokinek és kemokinek

A lymphohaematopoeticus sejtek differenciálódásáért, proliferációjáért, éréséért, működéséért vagy esetleg ezek gátlásáért felelős oldott instrukciós szignálokat (peptideket) citokineknek nevezzük. A citokinek a környező, fix vagy vándorló sejtek (stromasejtek, macrophagok, lymphoid sejtek) szekréciós termékei, és diffúzióval jutnak el célsejtjeikhez. A molekulák elnevezése többnyire történeti eredetű, az elsőként felismert funkciót tükrözi, és ez az elnevezés konzerválódott. A citokinek közé tartoznak az interleukinok, ehhez az elnevezéshez számot kapcsolunk, és rövidítjük (pl. IL-1). Jelenleg mintegy 30 interleukint tartunk számon. Más részük kolóniastimuláló faktor (CSF) nevet visel, és az ehhez kapcsolt rövidítés arra utal, hogy milyen in vitro folyamatra való hatásukat ismerték először fel (pl. CSF-G a granulocyták képződésére, differenciálódására és érésére hat). Ismét más részük egyedi néven ismert [pl. őssejtfaktor (stem-cell factor, SCF), tumornekrózis faktor (TNF), transzformáló növekedési faktor-ß (TNF-ß)]. Egyes citokinek vonalspecifikusak, a már elkötelezett sejtvonalra hatnak (eritropoetin, trombopoetin, l. a fejezet további részeit). Egyes citokineket kémiai szerkezetetük alapján illetünk közös néven (pl. a már említett kemokinek).

A citokinek a sejtmembránban elhelyezkedő citokinreceptorokhoz kötődnek. A kötődés indítja meg azokat a jelátviteli reakciókat (jelátviteli kaszkádokat), amelyek a sejtek differenciálódásához, hajlamosításához, elköteleződéséhez, proliferációjához, éréséhez és esetleg pusztulásához vezetnek. A jelátviteli út általában valamelyik transzkripciós faktoron végződik, annak aktiválásával vagy a transzkripció „csendesítésével” jár.

A kemokinek (kemotaktikus citokinek) olyan szignálmolekulák, amelyek mindenek előtt a sejtek helyváltoztatását és rögzülését szabályozzák. Említettük, hogy a differenciálódásban meghatározó szerepe van annak, hogy a fejlődő sejtek elhagyják azt a „fészket”, amelyben megkapták a differenciálódáshoz vezető stimulust (citokint vagy sejt-sejt kontaktust), és egy következő „fészek” adja meg részükre a következő instrukciós szignált. A kemokinreceptorok heptahelicalis, G-fehérjéhez csatlakozó receptorok (l. az 5. fejezetet). A jelátvitel következménye a sejtszerkezet polarizálódása (az addig gömbszimmetrikus sejtben pólusok alakulnak ki), és a sejt kontraktilis apparátusa a kemokingradiens által meghatározott irányban mozdítja el a sejtet. A kemokinek nemcsak a differenciálódó, hanem az érett sejtek mozgatásában is szerepelnek.

Az erythroid-megakaryocyta fejlődési vonal

A markervizsgálatok alapján tudjuk, hogy a csontvelői differenciálódás során leválik egy olyan bipotenciális progenitor sejt, amelyből a végső differenciálódás során vagy erythroid sejtek, vagy a megakaryocyta vonal sejtjei alakulhatnak ki. Jellemző erre a két vonalra, hogy a fejlődés során mindkettő egy-egy specifikus citokint (eritropoetint, ill. trombopoetint) igényel, és a differenciálódást az eritropoetin- vagy a trombopoetinreceptor megjelenésével lehet követni.

Az erythroid fejlődés

Az erythroid differenciálódás során keletkező sejtek érési folyamata a mag nagysága és szerkezete, valamint a sejtplazma változásaival (a hemoglobin megjelenésével) követhető. Az első morfológiailag megkülönböztethető erythroid érési alak az erythroblast (más néven pronormoblast). Az érés folyamán a sejt folyamatosan megkisebbedik, a sejtplazmában megjelenik a hemoglobin. A fejlődési alakok az eltérő festődést mutató normoblastok. A késői normoblastok a további érés során egy-egy csontvelői macrophag felületén tapadnak meg. Első lépésként a sejtmag a sejt egyik pólusára húzódik, és ugyanezen a póluson gyűlik össze a sejtmembránnak minden olyan részlete, amely a hisztokompatibilitási antigéneknek (MHC-glikoproteinek, más néven HLA antigének) nevezett integráns glikoproteineket tartalmazza (l. a 26. fejezetet). A következő lépésben a sejtnek ez a része kiboltosul, majd a kiboltosult rész lefűződik, és kialakul a mag és HLA antigének nélküli vörösvértest. A lefűződött részt – benne a magot és az MHC-glikoproteint – a macrophag fagocitálja.

Az újonnan képződött erythrocyták fixálatlan állapotban felveszik az ún. szupravitális festékeket. A festék hálózat formájában precipitálja és megfesti a sejtplazma RNS-ét, ez jelzi, hogy a megfestett vörösvérsejt, a reticulocyta röviddel korábban keletkezett. A reticulocyta sejtplazmájából néhány nap alatt mind az RNS, mind a mitochondriumok eltűnnek. Normális vérképzési körülmények között a reticulocyták 1-2 napig a csontvelőben érnek, és csak ez után kerülnek a vérkeringésbe: ott a keringő vörösvérsejteknek 0,1–0,2%-át képezik. A gyorsult erythropoesis jellemzője, hogy a keringő vérben a reticulocyták az előbbinél lényegesen nagyobb hányadot képviselnek.

Az érett vörösvérsejtek

Az érett vörösvérsejtek átlagosan 7-8 μm legnagyobb átmérőjű, szélükön 3, középen 1 μm vastagságú, mag és intracelluláris organellum nélküli bikonkáv korongok. Koncentrációjuk („vörösvérsejtszám”) a vérben férfiban és nőben kissé különbözik: 1 mikroliter vérben férfiban mintegy 5 millió, nőben pedig 4,6 millió vörösvérsejt van. Az SI ezeket az értékeket 1 liter vérre adja meg, így a megfelelő átlagértékek férfiban 5 ×1012, nőben pedig 4,6 ×1012/liter (5 G/l, ill. 4,6 G/l).

A keringésbe került érett vörösvérsejtek élettartama mintegy 120 nap. Fiziológiás körülmények között naponta a teljes vörösvérsejt-állomány kb. 1%-a cserélődik ki. A pótlás feltételei közé tartozik, hogy a felépítéshez szükséges valamennyi „építőkő”, azaz a fehérjeszintézishez szükséges aminosavak, a hemoglobin szintéziséhez szükséges vas, továbbá két nélkülözhetetlen vitamin, a folsav és a B12-vitamin rendelkezésre álljon. Ha ezek közül valamelyik hiányzik, akkor a vörösvérsejtképzés nem pótolja az elpusztult vörösvérsejtek mennyiségét, anaemia („vérszegénység”) következik be. Ugyancsak anaemiára vezet, ha a vörösvérsejtek pusztulása tartósan a megadottnál nagyobb mértékű. Vérvesztéseket átmeneti anaemia követ, amely mindaddig tart, amíg a vörösvérsejtképzés a veszteséget nem pótolta. Ha azonban a vörösvérsejtképzéshez szükséges tényezők valamelyike nem áll rendelkezésre, a vérvesztést követő anaemia tartós. (A gyakorlatban leggyakrabban a vas hiánya jár ilyen következménnyel. A női ciklust kísérő vérvesztés esetenként akkora, hogy vashiányos anaemiához vezet.)

A vörösvérsejtek fehérjéinek legnagyobb hányadát a hemoglobin (Hb) teszi ki. A hemoglobin koncentrációja a vörösvérsejteken belül igen magas, 1 g vörösvérsejttömeg 0,32–0,34 g hemoglobint (32–34%) tartalmaz. A Hb-koncentráció még kóros körülmények között is többnyire állandó, csak súlyos vashiányban csökken. Egészséges felnőtt férfi vérének 1 literében 150-160 g hemoglobin van; nőben ez az érték 135-145 g. A hemoglobin funkcióját, az O2- és a CO2-szállítást a légzést tárgyaló 8. fejezetben ismertettük.

A klinikai diagnosztikában két mérőszám jelzi, hogy a vörösvérsejtekben milyen jellegű elváltozás következett be. Az egyik az egyes vörösvérsejtek térfogata, amelynek normálértéke 94 femtoliter. A másik mérőszám az egy vörösvérsejtre eső hemoglobintartalom, ennek átlagos normálértéke 29 pikogram. Az ún. hypochrom anaemiákban a vörösvérsejtek térfogata kisebb, mint 94 fl, az átlagos hemoglobintartalom pedig kevesebb, mint 29 pg. Minthogy ezek a vörösvérsejtek kisebbek, mint a normális átlag, ezért ezeket az anaemiákat microcytás anaemiáknak is nevezik. Az ún. hyperchrom anaemiákban (ilyenek a folsav- és a B12-vitamin-hiányos anaemiák) a vörösvérsejtek a normálisnál nagyobb méretűek (macrocytás anaemiák), ezért egy-egy vörösvérsejt a szokásos 29 pg-nál több hemoglobint tartalmaz.

A vörösvérsejt-képződés szabályozása: az eritropoetin

A korai erythroid sejtek – hasonlóan a többi haematopoeticus sejthez – fejlődésükhöz és proliferációjukhoz helyi, a csontvelői stromasejtekben képződött citokineket igényelnek. A vörösvérsejtképzés késői szabályozásában egy specifikus citokin, az eritropoetin szerepel. A keringésbe kerülő eritropoetinnek mintegy 85-90%-a a vesében, 10-15%-a a májban képződik. A máj önmagában azonban még a nyugalmi szükségletet sem képes biztosítani, így a veseszövet súlyos pusztulásával járó kórképekben eritropoetinhiány és anaemia lép fel.

Az eritropoetin képződését a szervezet oxigéntranszportjának igénye állítja be. Az eritropoetinképzést közvetlenül a vese szöveti oxigénellátottsága szabályozza (25-2. ábra). Ha akár a környezet alacsony O2-nyomása (magaslati klíma), akár vérvesztést követő anaemia, akár krónikus légzési elégtelenség miatt csökken a vese O2-ellátottsága, az eritropoetinszintézis növekszik. Az emelkedett eritropoetinszint hatására megnövekedik a keringésbe kerülő vörösvérsejt-mennyiség, fokozódik az O2-t szállító kapacitás. Mindezzel megszűnik az eritropoetinszekréció kiváltó ingere, a vese szöveti hypoxiája.

A negatív visszacsatolás alapján működő hormonális mechanizmus váltja ki a vérzést követő, valamint a magaslati tartózkodás alatt jelentkező gyorsult vörösvérsejtképzést. Magaslaton élő embercsoportokban (pl. a dél-amerikai Andokban élő indiánokban) a levegő alacsony O2-tenziója, a krónikus hypoxia tartósan fokozott eritropoetinszekréciót eredményez. Ennek következtében az ott élők vérében a vörösvérsejt-koncentráció („vörösvérsejtszám”), a hemoglobinkoncentráció és a hematokritérték a normálértékeknél magasabb (magaslati adaptáció).

Az emberi eritropoetin gén izolálása és a rekombináns DNS technika lehetővé tette a humán eritropoetin nagy mennyiségben való előállítását, és gyógyítási célra való felhasználását. A rekombináns eritropoetin megszünteti a vesebetegek anaemiáját.

25-2. ábra . Az eritropoetinképzés szabályozásának vázlata

A megakaryocyta-thrombocyta fejlődés

A megakaryocyta-thrombocyta képzés az erythroid/megakaryocyta bipotenciális progenitor sejtből indul ki. A megakaryocytaképzés korai elkötelezett progenitor sejtje (MkP) már rendelkezik trombopoietinreceptorral (c-Mlp). A MkP-ből keletkező promegakaryoblastmind enzimhisztokémiai reakciókkal, mind felszíni glikoprotein markerei alapján azonosítható (ezek ugyanazok a glikoproteinek, amelyek a thrombocytaadhézióért és -aggregálódásért felelősek, l. a 27. fejezetet). A promegakaryoblastok további sorsa egészen egyedi: már nem oszlanak, hanem sorozatos endoreduplikáción mennek keresztül. Ezek mindegyikében a maganyag megkétszereződik, a sejt azonban nem válik szét. Ezáltal a normálisan 2n kromoszómaállományú diploid sejtből 4n, 8n, 16n és 32n poliploid sejtek keletkeznek ennek megfelelő, egyre nagyobb DNS-tartalommal.

A megakaryocytaképzés első felismerhető sejtjében, a megakaryoblastban még folyik az endoreduplikáció, de a sejtplazma érésének nincs jele. A megakaryocytává érést a mag lebenyezetté válása és a sejtplazmaállomány jelentős növekedése jellemzi. A teljesen érett megakaryocyta átmérője a 60 µm-t is elérheti, a csontvelő legjellegzetesebb, legkönnyebben felismerhető sejtje. A kromoszómagarnitúrák száma megszabja mind a mag lebenyeinek számát, mind pedig a cytoplasma mennyiségét, így végső fokon az egy megakaryocytából lefűződő thrombocyták száma (átlagosan 104) is a kromoszómagarnitúrák számának függvénye.

A csontvelőben az érett megakaryocyták a sinusoidokat bélelő endothelsejtek közötti hézagokon keresztül plazmamembránból és sejtplazmából álló nyúlványokat (állábakat, pseudopodiumokat) bocsátanak a sinusoidok lumenébe. Ezek a nyúlványok ott lefűződnek, és az önálló (mag nélküli) vérlemezkéket (thrombocytákat) alkotják.

Emberben a promegakaryoblast megjelenésétől a thrombocyta lefűződéséig eltelő tranzitidő mintegy 5 nap. Magában a csontvelőben thrombocyták nem raktározódnak, a vérben lévő thrombocyták száma a folyamatos csontvelői utánpótláshoz van kötve. Ez az oka annak, hogy a csontvelő sugársérülésének egyik első tünete a vérzéscsillapodás elégtelensége (spontán vérzések).

A keringésbe jutott thrombocyták a sértetlen érpályát nem hagyják el. Fiziológiás körülmények között azonban az érpályában lévő thrombocytáknak csak mintegy kétharmada van ténylegesen a keringésben, egyharmaduk a lép vörös pulpájában helyezkedik el. A lép kóros megnagyobbodása esetén ez a nem keringő hányad lényegesen nagyobb lehet, és a thrombocyták száma a vérben alacsonyabb a normálértéknél.

A vonalspecifikus citokin, a trombopoetin a megakaryoblastok és megakaryocyták érését szabályozza. A trombopoetin valószínű képződési helye nagyobb részben a máj, kisebb részben a vese. A géntechnológiával előállított trombopoetin in vivo hatásosan fokozza a thrombocytaképzést.

A trombopoetinszint alakulása a trombocitaszám inverz függvénye. Az összefüggés oka, hogy a trombopoetin a vérben kötődik a thrombocyták felszínén lévő trombopoetinreceptorhoz, és ezt követően hatástalanná válik. Egyes thrombocytopeniával járó kórképekben ezért lehet megnövekedett trombopoetinszintet kimutatni. A trombopoetin fiziológiás szabályozó szerepére utal, hogy egerekben a trombopoetinreceptor gén (c-Mlp) kiiktatását követően a thrombocyták száma a vérben és a megakaryocyták száma a csontvelőben jelentősen csökkent.

A granulocyta-monocyta/macrophag fejlődési vonal

A csontvelői őssejtek differenciálódásából keletkezik az az elkötelezett oligopotenciális progenitor sejt, amelyből az ún. myeloid vonal sejtjei, a különböző granulocyták és a mononukleáris fagocita sejtek, továbbá a fix szöveti mononukleáris sejtek (macrophagok) és a dendritikus sejtek egy része képződhetnek. Mindezek a sejtek meghatározó szerepet játszanak a veleszületett és az adaptív immunitásban; funkcióikat részletesen a 26. fejezetben ismertetjük.

A „granulocyta” elnevezés a sejtek plazmájában fénymikroszkóposan is látható szemcséktől (granulumok) származik. Három, különböző festődésű, morfológiájú és funkciójú granulocytafajtát ismerünk: a neutrofil granulocyták nagyobb számban találhatók a vérben, az eozinofil granulocyták száma kevesebb, de egészséges állapotban állandó, míg a bazofil granulocyták ép körülmények között nagyon kis számban vannak jelen, és akár hiányozhatnak is (25-1. táblázat). A három granulocytatípus immunológiai funkciója különbözik, más és más kórokozók kiküszöbölésében szerepelnek, az eliminációs folyamatokban eltérő mechanizmusokat alkalmaznak; a granulocyták aktiválódása szövetkárosítással is járhat.

A neutrofil granulocytákat polimorfonukleáris sejtekként (PMN) is említik. Differenciálódásuk végső fázisában ugyanis az addig egységes sejtmag lebenyezetté válik. A neutrofil granulocyták elhárító funkciója elsősorban a mindennapos fertőzések kórokozói, az ún. gennykeltő baktériumok és egyes gombák ellen irányul.

Az eozinofil granulocyták nevüket a granulumaikban tárolt fehérjék festékaffinitása alapján kapták: ezek a fehérjék acidofil festékekkel, így eozinnal reagálnak. Az eozinofil granulocyták multifunkcionális, proinflammatoricus sejtek. Vírusfertőzések esetén antivirális hatást fejtenek ki. Részesei az extracelluláris paraziták (férgek) elleni küzdelemnek.

A vérben keringő bazofil granulocyták (és az ugyancsak a granulocyta/monocyta progenitor sejtből kialakuló szöveti hízósejtek) morfológiai képe és egyes tulajdonságai nagyon hasonlóak. Mind a két sejtvonalban a sejtplazmában bazofil festődésű nagy szemcséjű („durva”) granulumok találhatók. A granulumok nagyon hatásos mediátorokat (pl. hisztamint) és proteolitikus enzimeket tartalmaznak, amelyeket az aktivált sejt exocytosissal ürít a környezetbe. A sejtek élettani szerepe a védekező jellegű gyulladásos folyamatok összehangolása; szerepükre a 26. fejezetben térünk ki.

A granulocyta/monocyta bipotenciális progenitor sejt differenciálódásának másik útja a monocyta/macrophag vonalon való fejlődés. Ennek az útnak különlegessége, hogy a csontvelőből a vérbe kerülő monocyták a szövetekbe kilépve ott az egyes szövetekre jellemző fenotípusú macrophagokká differenciálódnak. A szöveti macrophagok közül külön elnevezése van a máj Kupffer-sejtjeinek, a tüdő alveolaris macrophagjainak, a központi idegrendszer microgliasejtjeinek, a perivascularis és a meningealis macrophagoknak és a csontok osteoclastjainak.

A lymphoid sejtek kialakulását és differenciálódását – funkcióikkal együtt – a következő, 26. fejezetben ismertetjük.

8.1. táblázat - 25-1. táblázat. Egészséges emberek fehérvérsejtszámának (sejt/μl) átlagértéke és az értékhatárok. Documenta Geigy (1968): Wissenschafliche Tabellen. 7. kiadás, Basel, J. R. Geigy AG adatainak felhasználásával

Sejt

Átlagérték

(sejt/ μ l)

Határok

(sejt/ μ l)

Összes fehérvérsejt

7000

2800–11 200

Granulocyták

Neutrofil

Eozinofil

Bazofil

Lymphocyták (T, B és NK)

Monocyták

4150

165

44

2185

456

712–7588

0–397

0–112

1029–2341

66–846


Mérföldkövek

A lymphohaematopoesis sejtbiológiája

1924: Maximow feltételezi, hogy a különböző vérsejtek egyazon progenitorsejt-vonalból keletkeznek („unitárius hipotézis”).

1949: Jacobson és mtsai leírják, hogy a haematopoeticus szövetek ólomlemezzel való letakarása megvédi a kísérleti állatokat az egyébként halálos dózisú besugárzástól.

1951: Lorenz és mtsai csontvelői sejtek infúziójával kivédik a halálos besugárzás következményeit.

1956: több munkacsoport egyidőben mutatja ki, hogy a besugárzott állatokba infúzióval bejuttatott csontvelői sejtek újranépesítik az elpusztított csontvelőt.

1950-es évek: E. Donnall Thomas emberi csontvelő-átültetéseket végez.

1961: J.E. Till és E.A. McCullogh leírja, hogy letálisan besugárzott egerek vérképzése csontvelői sejtek infúziójával helyreállítható, és az egerek lépében különböző vérsejtekből álló kolóniák (telepek) jelennek meg. A továbbiakban igazolják, hogy minden egyes telep egyetlen primitív sejtből származik (CFU, „colony-forming unit”): ők határozzák meg elsőként az őssejtet („stem cell”), mint önreprodukcióra és multilineáris differenciálódásra képes sejtet.

1963: L. G. Lajtha (Lajtha László) bevezeti a sejtciklus nyugalmi fázisának fogalmát, és erre a G0-fázis elnevezést alkalmazza.

1988: I. L. Weismann laboratóriumában felszíni markerek alapján megkezdik a haematopoeticus sejtek izolálását. A munka során 1997-ben izolálják az egér közös lymphoid progenitor sejtjét, 2000-ben az egér közös myeloerythroid progenitor sejtet, 2003-ban pedig a megakaryocyta progenitor sejtet.

A sejtdifferenciálódás humorális tényezői

1906: P. Carnot és C. Deflandre felfedezi, hogy véreztetéssel anaemiássá tett kísérleti állatok vérsavója egészséges állatok vörösvérsejtszámát emeli („Carnot-serum”). A megfigyelés reprodukálhatatlan, a levont következtetés azonban a későbbiekben helyesnek bizonyult.

1953: A. Erslev igazolja az erythropoesis szabályozásában szereplő humorális anyag, az „eritropoetin” létezését.

1958: Kelemen Endre és munkatársai leírják a trombopoietin hatást, és alkalmazzák először a fogalmat.

1966: T. R. Bradley és D. Metcalf, valamint D. H. Pluznik és L. Sachs egymástól függetlenül leírják a csontvelői sejtek félszilárd kultúrában való tenyésztését, ezzel megnyitják a kolóniastimuláló faktorok felismeréséhez vezető utat.

1975: Stanley és mtsai emberi vizeletből izolálják az M-CSF-t.

1983-85 között mind a 4 emberi és egér-CSF génjét izolálják.

1985: két laboratórium géntechnológiai módszerekkel izolálja az emberi eritropoetin gént. Ezt követően a rekombináns emberi eritropoetint bevezetik a terápiába.

1985: Sherr és mtsai izolálják az első CSF-receptort.

1994: három munkacsoport egyidőben izolálja a trombopoetinreceptort. Ezt követi a trombopoetin gén, majd a trombopoetin izolálása.