CC BY
1669
МЕЛАНОЦИТЫ: СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ, РОЛЬ В КОЖНОЙ ПАТОЛОГИИ
КИЧИГИНА Т.Н.. ГРУШИН В.Н.. БЕЛИКОВА И.С.. МЯДЕЛЕЦ О. Д.
УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет»;
кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии
Резюме. В статье представлен краткий литературный обзор. посвященный клеткам меланогенной системы - меланоцитам. В работе сделан акцент на малоизученные вопросы тонкого строения и функции пигментных клеток. механизмах регуляции их жизнедеятельности и взаимодействии с другими структурами эпидермиса в норме и при патологии. а также представлены наиболее доступные и качественные методы окраски меланоцитов.
Меланоциты эпидермиса выполняют важную роль в защите кожи и всего организма от действия ультрафиолетовых лучей. и могут быть включены в число клеточных популяций. поддерживающих барьерно-защитные свойства кожи.
Злокачественное перерождение меланоцитов вызывает одно из самых быстротекущих новообразований - меланому. которая ответственна за 80% смертей. приходящихся на группу злокачественных заболеваний кожи.
Ключевые слова, меланоцит. меланогенез. меланома. меланин. кожа. защита. метод. окраска.
Abstract. This is the summary of different literary sources dedicated to the cells of melanogen system - melanocytes. It is emphasized on the fine texture and pigment cells function. on mechanisms. which regulate their activity and their correlation with another epidermal structure in health and none. Also. you can find here more available and qualitative tinction method.
Melanocytes of epidermis carry a great role in skin’s and also the whole organism’s protection from ultra-violet rays. They can be incorporated into the number of cell populations. which protect skin.
Cancerous devolution of melanocytes causes one of the most swift-flowing diseases - melanoma. which brings 80% of deaths to all the skin cancer diseases.
Key words: melanocyte. melanogenesis. melanoma. melanotic pigment. skin. protection. method. tinction
Адрес для корреспонденции: 210023. г. Витебск. пр. Фрунзе. 27. УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет». кафедра гистологии. цитологии и эмбриологии. раб. тел. 24-96-19 - Кичигина Т.Н.
Меланогенез является одним из сложных феноменов приспособления животного организма к окружающей среде. а меланоциты эпидермиса выполняют важную роль в защите организма и кожи от действия ультрафиолетовых лучей и могут быть включены в число клеточных популяций. поддерживающих барьерно-защитные свойства кожи.
Механизмы синтеза меланина и регуляции деятельности пигментных клеток в последние годы находятся в центре внимания специалистов различных областей знаний.
Помимо общеизвестной функции оптической защиты. они ингибируют в клетках вредные для них свободнорадикальные реакции. Эта их роль обусловлена легкостью взаимодействия с прооксидантными ионами металлов. цитоток-сическими фармакологическими веществами. свободнорадикальными продуктами перекисного окисления липидов. и является универсальной как в доступных. так и недоступных действию света органах. Есть основание считать. что меланоциты влияют на функцию центральной нервной системы. Таким образом. меланогенез не следует расценивать как «частное дело» только кожного покрова. Меланогенез относится к важным гомеостатическим процессам организма. а меланоциты - к одной из разновидностей клеток. которые принимают в этом непосредственное участие.
Изменение содержания меланина в органах и тканях может приводить к таким патологиям. как болезнь Паркинсона. витилиго. альбинизм и др. [1]. Меланоциты являются родоначальниками самой злокачественной опухоли человека и животных - меланомы [2].
Учитывая важное место меланоцитов в регуляции гомеостаза и развитии патологии. вопросы изучения меланогенеза и его гистологическая диагностика приобретают все большее значение.
Целью настоящей работы явилось обобщение и расширение существующих представлений о меланоцитах для дальнейшего выбора направления исследований в этой области.
Строение и топография меланоцитов
Меланоциты - единственные клетки. синтезирующие меланин из предшественников и накапливающие его в коже. волосяных фолликулах и пигментном эпителии сетчатки глаза. Это клетки с многогранным телом и длинными отростками-дендритами. разветвляющимися между клетками эпидермиса на границе с дермой. Они могут локализоваться и в соединительнотканной части кожи. Меланоциты соединительной ткани имеют в целом такие же свойства. как и эпидермальные меланоциты: происходят из нервного гребня. имеют ме-ланосомы и ферменты биосинтеза меланина и др. Меланинсодержащие клетки присутствуют и в других структурах эктодермального происхождения - в головном и спинном мозге. мозговом веществе надпочечников. радужной оболочке глаза. внутреннем ухе [3].
Меланоциты эпидермиса располагаются в его базальном слое. однако их тела лежат несколько ниже базальных кератиноцитов. Могут встречаться также меланоциты. расположенные между базальными кератиноцитами. Цитоплазма
меланоцитов. не начавших биосинтез меланина. в отличие от цитоплазмы базальных кератиноцитов выглядит бесструктурной. светлой. что послужило основанием назвать эти клетки “светлыми клетками”.
Каждый меланоцит состоит из перикариона. несколько большего. чем у базальных кератиноцитов. и отростков. Перикарион размером 15х12х12 мкм в большинстве случаев вытянут. от него отходит различное количество первичных ветвей. обычно 4-5. Ветви делятся и продолжаются горизонтально или по направлению вверх между клетками шиповатого слоя. Они могут удаляться на расстояние до 100 мкм от тела клетки [1]. Каждое окончание ветви меланоцита представляет собой резко ДОФА-положительную пуговку [1. 2. 4]. Это утолщение очень плотно прилежит к полюсу клетки мальпигиева слоя.
Меланоциты имеют характерную ультраструктуру. В их цитоплазме содержится значительное количество различных органелл. Цитоплазматическая сеть выражена хорошо. количество митохондрий значительно. В клетках достаточно сильно развит пластинчатый комплекс Гольджи. В цитоплазме много везикул. рибосом и полисом. и небольшое количество лизосом. Ядро имеет неровные контуры мембраны с неглубокими впячиваниями и очень плотной нук-леоплазмой.
Отростки меланоцитов содержат множество меланосом. рибосом и контактируют с несколькими кератиноцитами при помощи десмосом. Каждый меланоцит секретирует гранулы меланина в связанные с ним кератиноциты. Это партнерство “меланоцит-кератиноцит” называют меланиновой эпидермальной единицей. Один меланоцит может “обслуживать” до 40 кератиноцитов.
Меланосомы имеют высококонтрастную и высокоорганизованную мелкозернистую внутреннюю структуру и окружены элементарной мембраной. Ее внутреннее содержимое имеет вид продольно ориентированных тяжей или концентрических пластинок с характерным периодом 9 нм. Органелла может быть сферической или эллипсоидной и иметь величину 0.5-1 мкм [1. 2. 3. 7. 11. 21]. В отличие от базальных кератиноцитов в цитоплазме меланоцитов. в условиях нормы. не наблюдается образование комплексов меланосом. которые здесь лежат строго изолированно. Наряду со зрелыми меланосомами в цитоплазме меланоцитов встречаются их предшественники - премеланосомы. имеющие овальную форму и центрально расположенный в виде полосы электронноплотный материал. По данным F. Hu e.a. (1984). строение меланосом зависит от типа содержащегося в них меланина. Авторы показали. что в эпителии волосяных фолликулов рыжих волос человека обнаруживаются два типа мела-ноцитов. При этом одни меланоциты синтезируют меланосомы сферической формы с регулярной полосовидной исчерченностью (феомеланосомы). тогда как вторые - меланосомы эллипсоидной формы с пластинчатым содержимым и электроннопрозрачными тельцами - эумеланосомы [24].
Различают четыре стадии развития меланосом.
1. Не содержащие меланина округлые по форме меланосомы с очень высокой активностью ферментов. концентрирующихся вдоль филаментов. Их размеры равны 0.3 мкм.
2. Меланосомы эллипсоидной формы и размерами около 0.5 мкм в длину. В таких меланосомах содержатся продольные филаменты. на которых располагается меланин. Филаменты дают позитивную реакцию на ферменты. Ферменты выявляются также на мембранах меланосом.
3. Меланосомы содержат меланин. образующийся путем неферментной полимеризации. а активность ферментов в них очень низкая.
4. Меланосомы содержат меланин. образующийся путем неферментной полимеризации. активность ферментов в них отсутствует.
Меланосомы могут подвергаться патологическим изменениям при ряде заболеваний. В частности. в невусных меланоцитах в так называемых баллонных клетках меланосомы подвергаются дистрофии. Одновременно в клетках отсутствуют премеланосомы. а в некоторых случаях - и меланосомы. Одновременно в цитоплазме выявляются крупные многочисленные везикулы. Как полагает M. Ranchod (1972). в этом случае в баллонных клетках происходит нарушение синтеза фермента тирозиназы. и ее предшественники накапливаются в цитоплазматических пузырьках. При некоторых гипомеланозных состояниях меланосомы могут приобретать сферическую форму и зернистую внутреннюю структуру (цит. по [1]).
На биосинтез меланосом оказывают регулирующее влияние окружающие меланоцит кератиноциты. Как известно. вместе эти две популяции клеток эпидермиса формируют меланиновую единицу. причем один меланоцит может взаимодействовать с примерно 40 кератиноцитами. передавая им синтезированный пигмент [9]. Установлено. что внутриэпидермальные ферментные системы могут оказывать на меланогенез существенное влияния [9. 10. 21].
Кроме эпидермиса. меланоциты располагаются в волосяных фолликулах (так называемые фолликулярные меланоциты). Большинство фолликулярных меланоцитов располагаются в волосяной матрице непосредственно сверху и сбоку от эпителиального полюса дермального сосочка. чтобы отсюда транспортировать свои меланосомы через длинные дендриты на кератиноциты прекор-тикальной матрицы. Фолликулярный меланогенез происходит только в анаге-новой фазе (анаген III-IV). то есть во время образования волосяного стержня. Меланоциты волоса. так же. как и меланоциты эпидермиса. являются отростча-тыми клетками. образующимися из предшественника нейроэктодермальной природы.
Количество меланоцитов зависит от топографии кожного покрова. составляя 10-25% от всех клеток базального слоя [19]. С этими данными практически совпадают сведения. приведенные в работе A.S. Breathnach (1971). По этим данным. количество указанных клеток по отношению к базальным кера-тиноцитам равно 1:11. а в некоторых участках - 1:4. По данным R. Staricco a. H. Pinkus (1957). среднее число меланоцитов в различных областях кожи не подвергается существенным колебаниям. причем исключение составляют передняя поверхность грудной клетки и живот. где этих клеток меньше. чем в остальных участках кожного покрова. Вместе с тем. И.Н. Михайлов приводит отличающиеся данные. согласно которым среднее содержание меланоцитов на единицу площади в разных участках кожного покрова может значительно различаться.
Так. содержание меланоцитов увеличено в области гениталий (мошонка. половой член). В эпидермисе кожи нижних конечностей максимальное количество меланоцитов выявлено на тыле стопы (1400 кл/мм ). а в области лодыжки оно минимально и составляет всего 500 кл/мм . В эпидермисе предплечья количество указанных клеток значительно превышает таковое в эпидермисе плеча. В коже головы наиболее высокое содержание меланоцитов выявлено в волосистой части и в области подбородка. Численность меланоцитов практически не изменяется с возрастом. Вместе с тем. имеются половые различия в показателе: у мужчин содержание меланоцитов несколько выше. чем у женщин. Имеются определенные индивидуальные различия в содержании клеток в пределах одной и той же области кожи. Показательно. что у лиц негроидной расы число меланоцитов практически не отличается от такового у белокожих людей. У них лишь обнаруживаются более крупные клетки. а меланиновые гранулы находятся в клетках всех слоев эпидермиса. а также в корнеоцитах рогового слоя [9]. При воздействии на кожу ультрафиолетового излучения количество меланоци-тов увеличивается.
Происхождение меланоцитов
Меланоциты происходят из эмбрионального дорзального нервного гребешка. откуда мигрируют к органам и тканям-мишеням. Различают 4 стадии дифференцировки меланоцитов [3]:
1) стадия предшественников меланоцитов в составе нервного гребня;
2) стадия перемещения в дерме от нервных гребней к базальной мембране эпидермиса;
3) стадия перемещения в эпидермис;
4) дендритическая стадия. когда меланоцит занимает свое место в эпидермисе и формирует отростки.
Окончательная дифференцировка меланоцитов происходит под влиянием тканевого окружения и меланотропина гипофиза. Первые меланоциты в эпидермисе человека появляются на 2-м месяце эмбриогенеза. а в дерме - на 2 недели раньше. В последующем меланоциты подвергаются длительной диффе-ренцировке. не заканчивающейся к моменту рождения ребенка. В коже новорожденных содержатся два вида меланоцитов: 1) клетки с двумя полюсами и низким содержанием в цитоплазме пигмента - премеланоциты; 2) клетки выраженной дендритической формы с большим содержанием меланина - зрелые ме-ланоциты. In vivo меланоциты делятся редко. но in vitro их пролиферацию можно стимулировать рядом факторов. таких. как щелочной фактор роста фиб-робластов и двух ростовых факторов. выделяемых кератиноцитами. Для сохранения дифференцировки меланоцитов обязательно присутствие кератиноцитов.
Функции меланоцитов
Основная функция меланоцитов связана с синтезом ими меланинов. Меланины - обширная группа органических гидроароматических соединений (пигментов) микробного. растительного и животного происхождения. Они обладают сетчатой нерегулярной полимерной структурой. имеют различную молекулярную массу. Термин «меланин» (C.P.Robin.1873) происходит от melanos (др. -греч.) - черный. К меланинам относятся наряду с черными и темно-
коричневыми также светло-коричневые и красно-желтые пигменты. химически и биологически родственные черным пигментам (цитата по [3]).
Животные меланины делятся на эумеланины и феомеланины. Феоме-ланины содержат в своем составе значительное содержание серы и образуются в результате сополимеризации продуктов окисления тирозина и цистеина [1.6]. Эумеланин имеет цвет от коричневого до черного. является сложным азотсодержащим гетерополимером и содержится в коже и волосах. Он нерастворим в органических растворителях и устойчив к химической обработке. Феомеланин -пигмент от желтого до красного цвета - образуется только в волосяных фолликулах и отсутствует в остальной коже. Он представляет собой серусодержащее соединение. растворимое в щелочах. Свойства различных мономерных единиц меланина до сих пор неизвестны. Пути биосинтеза эумеланина и феомеланина расходятся после образования из ДОФА дофахинона. При образовании эумела-нина дофахинон и продукты его дальнейших преобразований (дофахром. 5.6-дигидроксииндол. индол-5.6-хинон) образуют гетерополимер эумеланина. При биосинтезе феомеланина происходит присоединение к дофахрому тиольных групп цистеина. затем эти промежуточные соединения окисляются с образованием феомеланина. Как установлено в экспериментах с использованием меченых предшественников. в целом биохимические процессы меланогенеза значительно сложнее представленной выше схемы [3. 7. 13].
Современные знания физиологической роли меланина далеко не полны. Представления о меланине как группе инертных конечных продуктов. «отходах» метаболизма. несомненно. устарело. С учетом уникальных свойств меланина как абсолютно черного тела речь может идти о следующих физиологических функциях меланина.
Защита от гиперинсоляции. УФ. рентгеновского и гамма-излучения. Меланин. расположенный в поверхностных слоях тканей животных и человека. препятствует проникновению радиации и повреждению чувствительных внутренних структур. Однако это не простое экранирование. Распределение меланина в клетках кожи свидетельствует о том. что максимальная защита. как максимальная пигментация. наблюдается при концентрации меланина в крупных одиночных гранулах-меланосомах. Увеличение количества меланосом с уменьшением их диаметра резко снижает защиту. хотя и улучшает возможности физического экранирования. Очевидно. меланин функционирует не столько как пассивный экран. сколько как ловушка активных продуктов облучения. ингибитор перекисного окисления липидов [3]. Эта функция осуществляется в результате прямого контакта содержимого меланосом (меланопротеиновых комплексов) с фагосомами. содержащими липиды. В результате свободнорадикальные продукты. образующиеся при окислении липидов. инактивируются на меланиновой матрице и не выходят в окружающее пространство. Другим возможным механизмом ингибирующего влияния меланосом на перекисное окисление липидов является связывание меланином двухвалентного ионов железа. обладающих прооксидантным эффектом. Помимо железа. меланосомы способны связывать соли тяжелых металлов и других токсических веществ. в том числе и фармакологических. например полициклических ароматических соедине-
ний (фенотиазин). При этом меланосомы образуют с ними прочные соединения. Связывающая способность меланосом объясняется наличием в них меланина. обладающего большим количеством функциональных групп. образующих с ионами металлом прочные комплексы. Как полагают [6]. функция связывания тяжелых металлов и фармакологических препаратов является разновидностью механизмов антиоксидантного действия меланосом.
В пигментной оболочке глаза присутствие меланина препятствует многократному внутреннему отражению света и защищает светочувствительные клетки сетчатки. зрительные пигменты от атаки активных форм кислорода. обесцвечивания и разрушения [6. 8]. В пигментном эпителии сетчатки глаза микроворсинки его клеток окружают наружные сегменты палочек и колбочек. Содержащиеся в ворсинках меланосомы поглощают рассеянный свет. До 90% света. попадающего внутрь глаза. поглощается меланосомами пигментного эпителия.
Способность защищать клетки от фотоповреждений у меланина не безгранична. При интенсивном освещении глаза (например. лазерным излучением) меланосомы. поглощающие световой поток. рассеиваются в виде тепла и сильно нагревают цитоплазму клеток. что ведет к повреждению мембран лизосом и аутолизу [1.6].
Возможности меланина как молекулярного сита значительно шире. чем захват активных форм кислорода. Меланин сорбирует. хелатирует тяжелые металлы. резко ограничивая их каталитическую и токсическую активность. захватывает также разнообразные электофильные токсические продукты. метаболиты. фармакологические препараты [1. 8. 14]. Образование самого меланина можно рассматривать и как детоксикацию продуктов окислительного метаболизма катехоламинов [3]. Хорошо известно. что при длительном воздействии на кожу ряда углеводородов и органических растворителей возникает токсичный ретикулярный меланоз (меланодермия) [6]. Поскольку указанные токсические вещества способны увеличивать в коже перекисное окисление липидов. то не исключено. что накопление при этом меланина в коже играет важную защитную роль. приводя к угнетению указанных процессов и к уменьшению их воздействия на кожу. Токсическая сетчатая меланодермия описана также у шахтеров Донбасса. занимающихся добычей угля.
Растворимые формы меланина могут в условиях организма выполнять и транспортную функцию. способствуя переносу важных метаболитов. В частности. привлекает внимание способность меланина преодолевать гематоэнцефа-лический барьер. транспортируя вещества. не способные переходить через этот барьер самостоятельно.
К защитным эффектам меланина относится и его некоторая способность препятствовать в определенном объеме рассеиванию тепла. содержащегося в организме. Поэтому люди с повышенной пигментацией кожи меньше страдают от холода. чем альбиносы [13].
Таким образом. меланины в организме человека и животных являются полифункциональными химическими соединениями. Помимо общеизвестной функции оптической защиты они ингибируют в клетках вредные для них сво-
боднорадикальные реакции. Эта их роль обусловлена легкостью взаимодействия с прооксидантными ионами металлов. цитотоксическими фармакологическими веществами. свободнорадикальными продуктами перекисного окисления липидов. и является универсальной как в доступных. так и недоступных действию света органах. Недостаток меланина в органах и тканях может приводить к такой патологии. как болезнь Паркинсона. меланомы кожи. витилиго. альбинизм [1. 5. 6. 8].
Защищая клетки эпидермиса от мутагенного действия ультрафиолетовых лучей. меланин косвенно предохраняет его от возникновения злокачественных опухолей. Хорошо известно. что между цветом кожи. интенсивностью солнечной радиации и частотой заболеваемости раком кожи существует корреляция. а у лиц со светлой кожей. длительно пребывающих на солнце. рак кожи наблюдается значительно чаще. Вместе с тем. гиперпигментация снижает образование в коже витамина D [18].
Еще один важный аспект функционального значения меланоцитов - участие их в сложных межклеточных взаимодействиях в эпидермисе как ткани. Этот аспект еще недостаточно изучен. однако известные факты позволяют уже в настоящее время его обсуждать. О тесной связи меланоцитов с кератиноцита-ми было сказано выше. В то же время. нельзя исключить взаимодействий данных клеток с клетками Лангерганса. Так. установлено. что интерлейкин-1. продуцируемый клетками Лангерганса и кератиноцитами. стимулирует экспрессию на меланоцитах рецепторов к меланоцитстимулирующему гормону. вызывая усиление пигментации [11]. Хорошо известен факт усиления пигментации кожи при ряде иммунопатологических процессов. развивающихся в ней. В таком случае. если существует прямая связь клеток Лангерганса с меланоцитами. должно существовать и обратное влияние меланоцитов на клетки Лангерганса. Для установления этого и других фактов необходимы дальнейшие исследования меланоцитов.
Приведенные факты свидетельствуют о том. что меланогенез относится к важным гомеостатическим процессам организма. а меланоциты - одной из разновидностей клеток. которые принимают в этом непосредственное участие.
Цвет кожи зависит от количества меланина в кератиноцитах. влажности кожи. ее шероховатости. количества крови в сосудах дермы. У одного индивидуума окраска кожных покровов зависит от топографии. Наиболее слабо окрашены ладони и подошвы. а наиболее сильно - кожа в области сосков и промежности. Кожа спины окрашена сильнее. чем кожа груди и живота. сгибательные поверхности конечностей имеют более слабую пигментацию. чем раз-гибательные.
Цвет кожи различен у разных групп народов Земли. и на этом основана расовая классификация. Топографические различия в окраске кожи связаны с различной интенсивностью ультрафиолетового излучения: темнокожие народы населяют регионы Земли с высоким уровнем ультрафиолетовой радиации. тогда как в умеренном поясе цвет кожи у населения более светлый. Более смуглый цвет кожи у народов арктического пояса объясняется тем. что в зимнее
время интенсивность ультрафиолетового излучения в этом регионе очень высока [1. 2. 3. 10. 20].
Естественным стимулятором функциональной активности меланоцитов является ультрафиолет. При его воздействии на кожу происходит резкое усиление отростчатости меланоцитов. выработки ими меланоцитами. что ведет к его накоплению в клетке. последующей передаче кератиноцитам. которые защищаются от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей. Активация мелано-генеза под влиянием ультрафиолетовых лучей связана с ликвидацией блока ти-розиназы. которая ингибирована глютатионом и пептидазами. Разрушение глю-татиона. и пептидаз осуществляется лизосомальными ферментами. которые выходят из поврежденных ультрафиолетом лизосом. Ультрафиолетовые лучи стимулируют меланоциты как непосредственно. что можно выявить в культуре. так и опосредованно. через кератиноциты: под влиянием ультрафиолета происходит усиление выработки кератиноцитами щелочного фактора роста фиброб-ластов. который активирует меланоциты.
В результате повторной стимуляции меланоцитов ультрафиолетом возникает гиперпигментация (загар) кожи. Гиперпигментация кожи зависит от целого ряда факторов: 1) от увеличения числа функционирующих меланоцитов и пролиферации этих клеток; 2) от удлинения отростков клеток и повышения степени их ветвления; 3) от активации процесса формирования меланосом. что выражается в увеличении числа меланосом различной стадии зрелости; 4) от ускорения синтеза меланина в меланосомах; 5) от увеличения размеров мелано-сомных комплексов и б) возможно. от замедления процесса деградации меланосом кератиноцитами [11].
По данным В.И. Семкина (1998). который исследовал свето - и электронномикроскопическими методами изменения в эпидермисе кожи человека в ответ на ультрафиолетовое облучение. реакция кератиноцитов обусловлена функциональными изменениями в двух видах отростчатых клеток. образующих морфофункциональные единицы в эпидермисе: меланоцитах и клетках Лангер-ганса. Меланоциты формируют эпидермальную меланиновую единицу (ЭМЕ). а клетки Лангерганса - эпидермальную пролиферативную единицу (ЭПЕ). Реакция кожи на ультрафиолет и световое облучение представляет собой воспалительный процесс. ЭМЕ реагирует реакцией немедленного потемнения пигмента (окисление меланина. содержащегося в клетках с образованием полухи-ноидоподобных свободных радикалов). Происходит окисление SH-групп в SS-группы с высвобождением связанной меди. которая активирует тирозиназу. Воспаление. вызываемое воздействием света. автор рассматривает как подготовительную фазу меланогенеза. При этом меланоциты мигрируют в глубокие слои эпидермиса. меланосомы приобретают высокую электронную плотность и формируют гигантские (по 10-15 штук) меланосомные комплексы. локализующиеся над верхним полюсом ядер. ЭПЕ под воздействием биологически активных веществ. образующихся при воспалении. реагируют повышением функциональной активности. что приводит к возрастанию митотической активности базальных клеток эпидермиса. скорости их дифференцировки и смещения в верхние слои. Это выражается в увеличении толщины эпидермиса. главным об-
разом. его рогового слоя. что тоже является защитной реакцией кожи на действие света. Следовательно. защитная реакция кожи по отношению к ультрафиолетовому облучению не ограничивается только вовлечением в нее меланоцитов. которые играют в ней первостепенную роль. а основана на достаточно сложных межклеточных взаимодействиях в эпидермисе и дерме и включении воспаления как неспецифической защитной реакции (цитата по [1]).
Однако активация меланоцитов и гиперпигментация кожи могут происходить и под действием других внешних факторов. Так. Р.С. Бабаянц и Ю.И. Лоншаков (1978) установили стимулирующее действие на меланоциты серийных воздействий инфракрасным и рентгеновским излучением. Пигментация кожи в области лучевого дерматита - одна из характерных реакций кожи на непосредственное воздействие рентгеновскими лучами. Особенно заметно проявляется стимулирующее влияние рентгеновского облучения на меланогенез на 12-й день после облучения. Напротив. лазерное облучение обладает сильным повреждающим воздействием на меланоциты. при этом в первую очередь повреждаются дендритные формы клеток. В результате общее число меланоцитов после серийных воздействий на кожу лазерного излучения уменьшается вместе с падением их синтетической активности и гипопигментацией кожи [2]. Различные нарушения пигментации кожи наблюдаются при дисхромиях и нарушениях пигментного обмена кожи. При этом происходит также нарушение и других функций кожи.
Регуляция пигментного обмена
Как важный процесс гомеостатических функций кожного покрова меланогенез строго регулируется. На генетическом уровне его регуляция осуществляется деятельностью около 130 генов. расположенных в 45 различных локусах 1б-20 пар хромосом. В настоящее время установлено существование меланоци-тоспецифических генов. функциональная активность которых в различной степени связаны с меланогенезом. Эти гены поддаются клонированию.
На интенсивность меланогенеза влияет. прежде всего. центральная нервная система. Это действие осуществляется двумя путями: во-первых. через гипоталамус и аденогипофиз. Альфа-меланоцитстимулирующий гормон (МСГ). связываясь с высокоаффинными рецепторами мембран меланоцитов. стимулирует рост последних. активность тирозиназы и синтез меланинов. вплоть до эу-меланинов. УФ-радиация стимулирует синтез МСГ и адренокортикотропного гормона (АКТГ). активирует аденилатциклазу и синтез цАМФ. полиферацию меланоцитов и меланогенез [3]. Не исключается также активация микротрубочек. которые через MAP- белки (МАР - ассоциированные с микротрубочками протеины) могут связываться с меланосомами. Возможно. что перемещение меланосом в меланоците осуществляется с помощью тубулин-кинезинового механизма. Кинезин является ферментом. его расценивают как своеобразный биологический мотор. Этот фермент способен расщеплять АТФ и использовать выделяющуюся энергию на перемещение вдоль микротрубочки. Расщепление АТФ осуществляется каталитической частью молекулы кинезина. этой частью он взаимодействует с микротрубочкой. перемещаясь вдоль нее (шаг перемещения составляет примерно 8 нм). Вторым концом кинезин связывается с мелано-
сомой, осуществляя ее транспорт. Перемещение меланосом в меланоците осуществляется при участии ионов натрия и кальция.
Второй механизм влияния МСГ на меланогенез заключается в активации синтеза меланина в меланоците. МСГ способен непосредственно активировать тирозиназу, причем этот его эффект также осуществляется через усиление образования в меланоцитах цАМФ. В клетках меланомы МСГ устраняет блок ти-розиназы; возможно. что и в нормальных меланоцитах эффект МСГ аналогичен. Выработка МСГ контролируется гипоталамусом. который вырабатывает МСГ-статины и МСГ-либерины [20].
Стимуляцию меланогенеза вызывают АКТГ. гормоны половых желез. коркового вещества надпочечников. ацетилхолин. Половые гормоны осуществляют стимуляцию меланогенеза через активацию МСГ. Стимулирующее действие на меланопоэз АКТГ объясняется тем. что и МСГ. и АКТГ являются продуктами одного гена - гена проопиомеланокортина. кодирующего синтез аналогичного полипептида. Так называемый большой АКТГ как часть этого пептида содержит АКТГ-подобный пептид и а-меланотропин. Вторая часть молекулы проопиомеланокортина. так называемый Р-липотропин. состоит из X-липотропина и Р-эндорфина. В свою очередь. Х-липотропин содержит в себе Р-меланотропин. Следовательно. АКТГ. а также Р- Х-липотропины. содержащие общее гептапептидное ядро. способны стимулировать меланогенез. Второй путь опосредуется эпифизом. вырабатывающим мелатонин. который подавляет функции меланоцитов. Вследствие физиологического антагонизма между ме-ланотропином и мелатонином результат будет зависеть от превалирования того или другого гормона. Подавляют меланогенез также катехоламины. При этом адреналин. выделяемый мозговым веществом надпочечников. угнетает действие меланотропина на меланоциты. В последнее время показано. что катехоламины влияют на секрецию МСГ гипофизом. причем их ингибирующее действие опосредуется через а-адренорецепторы и дофаминорецепторы. тогда как стимулирующее - через Р-адренорецепторы. Следует учитывать то обстоятельство. что катехоламины. так же. как и меланины. образуются из тирозина и. следовательно. между биохимическими механизмами синтеза меланина и катехоламинов могут формироваться конкурентные отношения в борьбе за субстрат. Возросший под влиянием МСГ биосинтез меланина может в условиях дефицита тирозина привести к снижению биосинтеза катехоламинов [18]. Ацетилхолин через холинорецепторы стимулирует высвобождение МСГ и меланогенез.
На пигментацию кожи оказывает влияние целый ряд витаминов и микроэлементов [2]. Стимулируют меланогенез витамины В1 и В2. При А-гиповитаминозе наблюдается гиперпигментация кожи. Широко известен факт меланодермии при С-авитаминозе [1. 2. 3. 7. 12 ]. При недостатке витаминов А. С. РР в коже происходит усиление образования меланина. При этом недостаток витамина А вызывает образование гиперпигментированных гиперкератотиче-ских папул в устье волосяных фолликулов [10]. У детей с поливитаминной недостаточностью часто седеют волосы и депигментируется кожа. В меланогене-
зе участвуют также фолиевая и пантотеновая кислота. Р.С. Бабаянц и Ю.И. Лоншаков (1978) приводят данные об угнетении меланогенеза некоторыми факторами иммунитета. а также под влиянием веществ. содержащих SH-группы.
Образование меланина усиливается под влиянием некоторых химических веществ. в частности. соединений мышьяка. серебра. висмута. меди и др. [18]. Эти вещества активируют тирозиназу. которая в обычных условиях малоактивна.
Нарушения пигментного обмена
Участие меланоцитов в кожной патологии
В дерматологии отсутствует общепринятая классификация заболеваний. связанных с нарушением пигментации кожи. Большинство авторов подразделяют расстройства пигментации на гиперпигментацию и депигментацию с теми или иными вариантами [2].
Роль меланоцитов в патологии кожи определяется также опухолевыми процессами. которые Международной гистологической классификацией ВОЗ (№ 12. 1974) определены как опухоли меланогенетической системы. Согласно этой классификации различают доброкачественные и злокачественные опухоли. К доброкачественным опухолям меланогенетической системы относят различные виды невуса (пограничный. сложный. внутридермальный. эпителиоид-ный. галоневус и др.). Невус может возникать как из меланоцитов эпидермиса. так и пигментоцитов дермы (пигментоциты дермы при возникновении невуса некоторые авторы называют невусными клетками) [4]. Невусы рассматриваются как пороки развития нейроэктодермальных пигментных элементов. Они-представляют собой коричневые пятна различных размеров. локализующихся на любом участке кожи. Могут наблюдаться в раннем детстве. но при этом увеличиваются в количестве к периоду половой зрелости. Они могут быть плоскими. слегка возвышаться над поверхностью кожи. или иметь вид бородавчатых разрастаний. У новорожденных могут наблюдаться гигантские пигментные не-вусы. Для гистологической картины пограничного невуса типичной является пролиферация невусных клеток в базальном слое эпидермиса. а также в области дермо-эпидермального соединения. Для смешанного невуса характерно наличие гнезд невусных клеток. которые встречаются и в глубине дермы.
Меланома - злокачественное перерождение меланоцитов. Это одно из наиболее быстротекущих новообразований. Большинство меланом имеет темно-коричневый или черный цвет; в некоторых случаях меланомы могут быть красными. синими. Заболеваемость меланомой быстро растет и составляет 2.5% всех вновь выявляемых опухолей. Факторами риска являются: светлый цвет кожи. светлые глаза. белые или рыжие волосы. солнечные ожоги I степени. данные анамнеза о наличии меланомы у родственников. врожденный волосяной невус или пигментная ксеродерма. Морфологический метод является ведущим при изучении и диагностике меланом. Показано [1. 2. 4. 6. 7. 12. 22. 23 ]. что меланомы отличаются большим разнообразием структурных и функциональных особенностей. Клинико-морфологическая классификация их включает три типа опухолей:
Поверхностно-распространяющиеся меланомы.
Узловые меланомы.
Злокачественные лентиго-меланомы.
W.H. Clark e.a. (1969) в зависимости от инвазивных свойств меланомы (глубина инвазии опухолевых клеток в дерму) выделил 5 анатомических уровней инвазии:
I - эпидермальный характер роста с сохранением базальной мембраны (меланома in situ).
II - проникновение опухолевых клеток через базальную мембрану эпидермиса в сосочковый слой дермы.
III - разрастание меланомных клеток в сосочковом слоедермы без проникновения их в сетчатый слой.
IY - рост меланомных клеток в сетчатом слое дермы.
Y - инвазия опухоли в подкожно-жировую клетчатку.
Методы выявления меланоцитов
Морфологическое изучение пигментных клеток можно проводить различными способами. многие из которых достаточно хорошо известны и описаны в руководствах по микроскопической технике. Однако ряд методов предложен лишь в последнее время и еще не нашел широкого применения на практике. Проводя любую работу по изучению меланогенеза. пожалуй. невозможно обойтись без ДОФА-реакции по Блоху [2. 5]. Этот метод основан на использовании раствора 3.4-Ь-диоксифенилаланина (ДОФА). В результате реакции коричнево-черные гранулы указывают на локализацию ДОФА-оксидазы (тирози-назы). Однако наиболее удобен и надежен в использовании комбинированный метод Mi shim а.. Принцип этой реакции состоит в том. что после проведения ДОФА-реакции парафиновые срезы обрабатывают раствором Фонтана-Массона. выявляя премеланин и меланин. В результате реакции окрашиваются все натуральные и ДОФА-меланины. что позволяет более детально изучить нормальные и патологические меланоциты. особенно те. которые слабо окрашиваются при ДОФА-реакции [2].
Чтобы лучше изучить строение опухоли. можно обесцветить меланин путем помещения срезов в 0.1% раствор KMnO4 на 12-24 часа. затем промыть срезы и перенести их в 1% раствор щавелевой кислоты. Залитые в парафин срезы и фиксированные эфиром мазки можно обесцвечивать в 10% растворе перекиси водорода в течение 24-48 часов. Затем препараты следует окрасить гематоксилин-эозином. по методу Паппенгейма или по какому-нибудь другому методу. Лучший способ обесцвечивания меланина - обработка срезов 40% раствором надуксусной кислоты в течение 2-16 часов.
Если подозревается опухоль меланиногенной системы. полезно исследовать препараты. окрашенные только гематоксилином или другим ядерным красителем. Тогда мельчайшие зернышки в единичных клетках хорошо заметны на неокрашенном фоне.
Пожалуй. наиболее простой способ окраски меланина - это способ L.Rejniak: депарафинированные или замороженные срезы 15-30 минут окрашивают 1% раствором азура II. затем их споласкивают в воде и дифференцируют
около 1-2 минут до прекращения отхождения краски в уксусной кислоте. промывают в воде и окрашивают 0.5% раствором эозина 1-2 минуты. После заключения препарата в бальзам под микроскопом на розовом фоне четко видны черные зерна меланина [14].
Одним из способов выявления меланоцитов являются реакции с восстановлением металлов. В основе этих реакций лежит восстановительная способность меланинов.
Основным гистохимическим тестом для идентификации меланинов кожи служит восстановление 0.1 М (1.7%-ного) раствора нитрата серебра в 0.1 М ацетатном буфере с рН 4.0 при 25о в темноте в течении 1 часа или менее. Затем срезы промывают 1-2 минут в дистиллированной воде. в 0.2 М растворе тиосульфата и затем 10 минут в проточной воде. Для почернения пигментов кожи человека требуется 30-60 минут.
Для выявления меланинов используется также метод Масона с аммиачным серебром. Это более быстрый метод. но он значительно менее специфичен. При длительной инкубации чернеют липофусцины и другие вещества. То же самое относится и к приготовленному по Гомори метенамину серебра. использованному в качестве аргентаффинного реагента.
Наиболее простой. на наш взгляд. является метод. основанный на связывании иона Fe2+ (по Лилли).
1. Парафиновые срезы депарафинируют и доводят до воды.
2. погружают на 1 час в 2.5% раствор сульфата железа FeSO4 *7H2O.
3. Промывают 20 минут в четырех сменах дистиллированной воды.
4. Погружают на 30 минут в 1% раствор феррицианида калия K3[Fe(CN)6] в 1% уксусной кислоте.
5. Промывают в 1% уксусной кислоте.
6. Обезвоживают в 95% и абсолютном спиртах (2 смены каждого). просветляют в смеси спирт-ксилол (50:50) и в двух сменах ксилола.
В результате меланины кожи окрашиваются в темно-зеленый цвет. фон -в бледно-зеленоватый или не окрашен [10].
Ряд авторов предлагает также неспецифические реакции на группу пигментных веществ (реакции по Шморлю. метод люминесценции по Сахарову и т.д.).
Кроме названных выше. можно. наконец. пользоваться методами электронной микроскопии. ауторадиографии и изучения культуры ткани.
Говоря о методах морфологического и цитохимического изучения пигментных клеток кожи. следует заметить. что ни один из перечисленных методов не дает полного представления о строении и функциональной активности меланоцитов и их предшественников и должен использоваться в комплексе с давно применяемыми классическими гистологическими методами [1. 2. 5].
Заключение
Таким образом. меланоциты являются важной постоянной клеточной популяцией эпидермиса кожи человека. участвующей в реализации ею барьернозащитных функций. Защитные свойства меланина проявляются. прежде всего. по отношению к ультрафиолетовым лучам. однако он эффективен и в защите
организма от ряда других внешних факторов. Хорошо известен тот факт. что кожные покровы с повышенным содержанием меланина более холодоустойчивы по сравнению с гипопигментированной кожей. Меланоцит вовлечен в сложную систему гормональной регуляции и в межклеточные взаимодействия в эпидермисе. Нарушение этих процессов приводит к нарушению меланогенеза. пигментации кожи и к снижению ее барьерно-защитных свойств. Несомненным является факт. что чрезмерная нагрузка на меланоциты и кожу в целом солнечным светом и ультрафиолетовыми лучами ведет к перенапряжению. а затем и срыву барьерно-защитных свойств меланогенеза. нарушению межклеточных взаимодействий в коже. мутациям генома клеток кожи и в результате - к преждевременному старению кожи и возникновению специфической кожной патологии. Несмотря на большое значение меланоцитов в коже и организме человека. научных работ связанных с данной проблемой. недостаточно.
Ознакомление с немногочисленной научной литературой разных лет и собственные наблюдения позволяют считать пигментные клетки стержневым вопросом учения о расстройствах пигментации. Меланоцит является уникальной по своей морфологии и функции моделью для исследования их как в нормальном. так и в бластоматозном состоянии.
Выяснение природы злокачественных пигментных опухолей и борьба за обуздание их неукротимого роста и метастазирования. является важной клинико-биологической проблемой. которая стоит перед многими учеными и врачами всего мира.
Литература
1. Мяделец. О. Д. Морфофункциональная дерматология /
О. Д. Мяделец. В. П. Адаскевич. - М.: Медлит. 2006. - 752 с.
2. Бабаянц. Р. С. Расстройства пигментации кожи / Р. С. Бабаянц. Ю. И. Лоншаков. - М.: Медицина. 1978. - 144 с.
3. Барабой. В. А. Структура. биосинтез меланинов. их биологическая роль перспективы применения / В. А. Барабой // Успехи совр. биологии. - 2001.
- Т.121. № 1. - С.36-46.
4. Апатенко. А. К. Эпителиальные опухоли и пороки развития кожи/ А.К.Апатенко. - М.: Медицина. 1973. - 211 с.
5. Беликова. И. С. Методы выявления меланоцитов в норме и при патологии / И.С.Беликова. В.Н. Грушин // Актуальные вопросы современной медицины и фармации: матер. 59 итог. науч.-практич. конф. студ. и мол. уч. -Витебск. 2007.- С 239-241.
6. Донцов. А. Е. Пигментный эпителий (структурные. физиологические и биохимические особенности): Итоги науки и техники / А. Е. Донцов. М. А. Островский // Физиология человека и животных. - 1984. - Т. 28. - М.: ВИНИТИ. - С.127
7. Ганина. К. П. Злокачественная меланома и прдшествующие изменения в коже / К. П. Ганина. Л. А. Налескина. - Киев: Наукова думка. 1991. - С. 293.
8. Смирнова. И. О. Нейроиммуноэндокринология кожи и молекулярные маркеры ее старения / И. О. Смирнова. И. М. Кветной. И. В. Князкин. -М... СПб: Изд-во ДЕАН. 2005. - 288 с.
9. Михайлов. И. Н. Структура и функции эпидермиса / И. Н. Михайлов. - М.: Медицина. 1979. - 240 с.
10. Калантаевская. К. А. Морфология и физиология кожи человека / К. А Калантаевская. - Киев: Здоровья. 1972. - 2б7 с.
11. Быков. В. Л. Функциональная морфология клеток Лангерганса женского репродуктивного тракта / В. Л. Быков // Морфология. - 1997. - Т.111.
- Вып. 2. - С.14-25.
12. Иконописцев. Р. Пигментные опухоли / Р. Иконописцев. Р. Райчев. С. Киров; под ред. Р. Иконопис^ва. - София: Изд-во Държавно. 1977. - 253 с.
13. Нобл. У. К. Микробиология кожи / У. К. Нобл. - М.: Мир. 198б. -
49б с.
14. Берлов. Г. А. Гистологическая диагностика некоторых экто- и эн-тодермальных опухолей человека / Г. А. Берлов. - Мн.:Беларусь. 1974. - 245 с.
15. Лилли. Р. Патогистологическая техника и практическая гистохимия / Р. Лилли. - М.: Мир. 19б9. - 43б с.
16. Соколов. В. Е. Изменение адгезии корнеоцитов эпидермиса крыс в постнатальном онтогенезе / В. Е. Соколов. А. Г. Меликянц. Г. А. Чернова.// ДАН СССР. - 198б. - Т.290. № 2. - С. 4б8 - 473.
17. Фитцпатрик. Д. Е. Секреты дерматологии: пер. с англ. /
Д. Е. Фитцпатрик. Д. Л. Эллинг. - М.: СПб.: Изд-во БИНОМ «Невский диалект». 1999. - 512 с.
18. Фролов. Е. П. Биохимия кожи / Е. П.Фролов // Кожа; под ред. А. М.Чернуха. Е. П. Фролова. - М.: Медицина. 1982. - С. 7б-123.
19. Хэм. А. Гистология / А. Хэм. Д. Корман. - М.: Мир. 1983. - Т.4. -
245 с.
20. Чернух. А. М. Кожа / А. М. Чернух. Е. П. Фролов. - М.: Медици-на.1982. - ЗЗб с.
21. Юрина. Н. А. Кожа и ее производные / Н. А. Юрина. А. И. Радостина. - М.: Изд-во Российского университета дружбы народов. 199б.
- 58 с.
22. Цветкова. Г. М. Патология соединительной ткани дермы / Г. М. Цветкова // Патология кожи / под ред. В. Н. Мордовцева. Г. М. Цветковой. - Т.1. - М.: Медицина. 1993. - С. 229-235.
23. Braun-Falco. O. Pancreatogenic Panniculitis / M. Landthaler. O. Braun-Falco // Hautartz. - 1989. - Bd. 40. N 12. - S. 778-781.
24. Hu. F. Markel cell hyperplasia / F. Hu. T. Ono. K. Mah // J. Amer. acad. Derm. - 1984. - Vol. 11. N 2. - P. 245-249.
