CC BY
76
Может ли поджелудочная железа быть источником развития гепатоцитов?
А.Р. Абдулхакова 1, СР. Абдулхаков 1, М.А. Титова 12, К.Н. Сайфуллина 1,
А.А. Гумерова 12, А.П. Киясов 12
1 Казанский государственный медицинский университет, Казань
2 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань
Can pancreas be the source of hepatocytes?
A.R. Abdulkhakova 1, S.R. Abdulkhakov1, M.A. Titova 12, K.N. Saifullina 1, A.A. Gumerova 12, A.P. Kiasov12
1 ^zan State Medical University, Kazan
2 ^zan (Volga region) Federal University, Kazan
В обзоре литературы рассматривается возможность дифференцировки гепатоцитов из клеток поджелудочной железы. В процессе эмбриогенеза печень и поджелудочная железа развиваются из одного зародышевого листка энтодермы, поэтому не исключается возможность наличия в этих органах региональной стволовой клетки с универсальными свойствами, из которой могут развиваться клетки как поджелудочной железы, так и печени. Для изучения возможности образования гепатоцитов в поджелудочной железе используются различные модели (воздействие стимуляторами пролиферации пероксисом, гиперэкспрессия фактора роста кератиноцитов в островках поджелудочной железы, модель «истощения-пресыщения медью» и др.). На сегодняшний день нет однозначного ответа, какие именно клетки поджелудочной железы являются источником гепатоцитов. Имеющиеся данные предполагают возможность образования гепатоцитов в поджелудочной железе из трех различных источников: ацинарных клеток, эндокриноцитов и клеток протоков.
Ключевые слова: поджелудочная железа, гепатоциты, трансдифференцировка, региональная стволовая клетка.
Одним из актуальных направлений развития клеточной терапии в гепатологии является изучение возможности получения дифференцированных клеток печени, в частности, гепатоцитов, для последующей трансплантации. В связи с этим большой интерес представляет возможность образования гепатоци-тов из способных к развитию и дифференцировке клеток-предшественниц.
На самых ранних этапах эмбриогенеза клетки плюрипотентны и способны к разнонаправленной дифференцировке. Окончательная дифференцировка ассоциируется с приобретением клетками специализированных свойств и функций, которые сохраняются на протяжении всей жизни организма, вероятно, путем постоянного взаимодействия между геномом и микроокружением, а также посредством клеточных взаимодействий [1]. Хотя в целом признается, что дифференцированное состояние постоянно и необратимо, известно, что специализированные клетки способны проходить фенотипические изменения под действием определенных стимулов и в определенных условиях окружающей среды. Такие изменения связаны, как правило, с различными морфологическими перестройками и отражают активацию генов, которые в норме в конкретном клеточном типе подавлены [2].
e-mail: [email protected]
The possibility of hepatocytes differentiation from pancreatic cells is discussed in the review. Both liver and pancreas develop from endoderm so there could be a common stem cell giving rise to both pancreatic and liver cells. Different experimental models are used to study the possibility of hepatocytes development in pancreas such as influence of peroxisomes proliferation stimulators, hyperexpression of keratinocyte growth factor in pancreatic islets, Cu depletion-repletion model, etc.). There is no enough data to confirm which particular pancreatic cell type can be the source of hepatocytes.
Literature data allow supposing that hepatocytes can arise in pancreas from three different sources: acinar, endocrine or ductular cells.
Key words: pancreas, hepatocytes, transdifferentiation, regional stem cell.
Термин «трансдифференцировка», который используется для описания преобразования одного типа дифференцированных клеток в другой, был впервые введен K. Selman и F. Kafatos (1974) для описания «переключения» экспрессии генов в процессе дифференцировки клеток, когда они наблюдали изменения состояния кутикул-продуцирующих клеток в соль-секретирующие клетки шелкопряда в ходе метаморфоза от личинки до взрослой особи [3]. T. Okada и G. Eguchi (1973) применили этот термин для описания «превращения» эпителиальных пигментных клеток в клетки хрусталика глаза в процессе регенерации, которое они убедительно подтвердили в условиях in vitro [4, 5]. Таким образом, трансдиф-ференцировка рассматривается как необратимое превращение одного типа дифференцированных клеток в другой [6].
Ткани и органы, которые в ходе эмбриогенеза развиваются из одного зачатка, имеют схожие комбинации факторов транскрипции, определяющие их окончательную дифференцировку, и могут отличаться экспрессией одного или нескольких транскрипционных факторов [7, 8]. Предполагая, что стволовые клетки взрослых являются, по сути, такими же, как и оригинальные ранние клетки-предшественницы, из-
менения в состоянии такого гена и (или) генов могут привести к тому, что стволовые клетки будут дифференцироваться в клетки другого типа. Учитывая, что в процессе эмбрионального развития печень и поджелудочная железа развиваются из одного эмбрионального зачатка, а именно из кишечного эпителия, не исключается возможность наличия в этих органах региональной стволовой клетки с универсальными свойствами, из которой впоследствии могут дифференцироваться клетки как печени, так и поджелудочной железы.
Одна из первых экспериментальных работ, в которой была описана возможность трансдифференци-ровки клеток поджелудочной железы в гепатоциты, была проведена D. Scarpelli и M. Rao в 1981 г. На фоне усиления регенерации поджелудочной железы при использовании метионин-дефицитной диеты у сирийских золотистых хомяков авторы наблюдали появление в поджелудочной железе гепатоцитов, о наличии которых судили по присутствию в клетках альбумина, пероксисом, а также по ряду морфологических особенностей, характерных для гепатоцитов [9]. J. Reddy и соавт. (1991) показали, что клетки, по своим свойствам практически не отличающиеся от так называемых овальных клеток печени, появляются в поджелудочной железе после удаления ацинарных клеток [10]. После трансплантации эти «овальные клетки», полученные из поджелудочной железы, были способны дифференцироваться в функциональные гепатоциты и клетки желчных протоков [11]. Кроме этого, некоторые авторы допускают возможность обратной трансдифференцировки, т.е. развития эндокриноцитов поджелудочной железы из клеток печени. Так, усиленная экспрессия транскрипционных факторов, характерных для поджелудочной железы, вызывает секрецию инсулина клетками печени и способствует коррекции уровня глюкозы при экспериментальном диабете [12]. Эти результаты показывают, что печень и поджелудочная железа во взрослом организме содержат клетки с эпигенетической памятью об общем эмбриональном происхождении.
В последующие годы для изучения возможности образования гепатоцитов в поджелудочной железе использовались различные экспериментальные модели, такие как воздействие стимуляторами пролиферации пероксисом (например, ципрофибратом) [13] или определенными канцерогенами [15, 16], трансплантацией эпителиальных клеток [11] или гиперэкспрессией фактора роста кератиноцитов (KGF, также известного как фактор роста фибробластов-7, FGF-7) в островках поджелудочной железы [17]. Эти процессы также наблюдались in vivo у зелёных мартышек Cercopithecus aethiops [18], а также при опухолях поджелудочной железы у человека [19]. Авторы проведенных исследований предположили высокую вероятность трансдифференцировки клеток поджелудочной железы в гепатоциты, хотя и не исключали возможности миграции гепатоцитов из печени.
Клеточные источники дифференцировки гепа-тоцитов в поджелудочной железе остаются неизвестными. Поджелудочная железа содержит как эк-зокринные, так и эндокринные клетки. Экзокринная часть состоит из ацинарных клеток, секретирующих пищеварительные ферменты (амилазу, липазу, эла-стазу, др.) и эпителиальных клеток, формирующих
протоки. Предполагается, что именно в области протоковых структур могут располагаться стволовые клетки поджелудочной железы, отвечающие за обновление ее тканей [20]. Эндокринная ткань сконцентрирована в основном в островках Лангер-ганса, которые состоят из различных типов клеток в зависимости от гормонов, которые они выделяют (а-клетки — глюкагон, р-кпетки — инсулин, у-клетки — соматостатин, PP-клетки — панкреатический полипептид). Возникает вопрос, какой из описанных на сегодня клеточных типов поджелудочной железы может быть «причастен» к появлению в ней гепато-цитов? На сегодняшний день однозначного ответа на этот вопрос нет, в литературе рассматривается несколько моделей трансдифференцировки клеток поджелудочной железы в гепатоциты.
Первая модель предполагает возможность развития гепатоцитов из экзокринных или эндокринных клеток поджелудочной железы. J. Reddy и соавт. (1984) индуцировали появление гепатоцитов в поджелудочной железе взрослых самцов крыс линии F-34 путем добавления в корм ципрофибрата [14]. Появляющиеся гепатоциты, как правило, были расположены в прилегающих к островкам Лангерганса участкам поджелудочной железы и распространялись в окружающую ацинарную ткань. Авторы идентифицировали гепатоциты по наличию включений, специфических для пероксисом гепатоцитов крысы. Наличие экзокринных гранул зимогена или эндокринных секреторных гранул в клетках с указанными включениями позволило предположить, что существуют клетки промежуточного фенотипа, в которых происходит супрессия панкреатоспецифических и активация гепатоспецифических генов. Вероятно, клетки-предшественницы гепатоцитов, появляющиеся в поджелудочной железе, могут располагаться среди ацинарных либо эндокринных клеток поджелудочной железы.
Появление гепатоцитов среди эндокринных клеток было показано и на модели с использованием трансгенных мышей с повышенной экспрессией в поджелудочной железе KGF (FGF7) [17]. В этом случае гепатоциты появлялись в островках Лангер-ганса; кроме того, в островках у трансгенных FGF7-мышей наблюдалась значительная пролиферация клеток, которые были аналогичны клеткам протоков поджелудочной железы. Появление гепатоцитов в островках Лангерганса и пролиферация внутри островка клеток, напоминающих дуктулярные, позволяют предположить, что эндокринные клетки под влиянием FGF7 способны трансдифференцировать-ся в гепатоциты напрямую или через промежуточную стадию дуктулярной клетки.
Третьей, наиболее изученной моделью печеночной трансдифференцировки клеток поджелудочной железы является модель «истощения-пресыщения медью» [21—23], в которой появление гепатоцитов в поджелудочной железе взрослых крыс индуцировалось поддержанием животных на медь-дефицитной диете, содержащей медь-связывающий агент — триен (триетилентетрамин тетрагидрохлорид). Животные содержались на медь-дефицитной диете в течение 7—9 нед. (фаза медь-истощения), затем возвращались к обычному рациону питания (фаза восстановления). Начиная с 4-й нед. медь-истощения на фоне увеличения количества адипоцитов в интерстиции, интерстициальных и дуктулярных клеток отмечалась
прогрессирующая потеря ацинарных клеток, которая достигала 90% к 8-й нед. кормления животных медь-дефицитной диетой. Морфологические признаки повреждения поджелудочной железы были подтверждены иммуноблоттингом, по результатам которого количество белков, характерных для поджелудочной железы, а также их мРНК снижалось в период с 5-й до 8-й нед. кормления. В этот же период наблюдалось прогрессивное увеличение уровня мРНК альбумина в интерстициальных и дуктулярных клетках. Отмена медь-дефицитной диеты и перевод на традиционный корм (фаза восстановления) сопровождались появлением очагов гепатоцитов (гепатоцит-подобных клеток) в поджелудочной железе. У некоторых животных клетки, напоминающие гепатоциты, занимали более 60% объема поджелудочной железы через 6—8 нед. после возвращения к обычному рациону питания. На фоне обнаруженных изменений в интерстициальных и дуктулярных клетках в большом количестве обнаруживалась мРНК альбумина. По мнению авторов, именно дукту-лярные и интерстициальные клетки поджелудочной железы, напоминающие так называемые овальные клетки печени, могут рассматриваться в качестве эквивалента региональных стволовых клеток [1]. Поскольку обнаруженные клетки могут быть клетками-предшественницами гепатоцитов, авторы делают предположение о том, что трансплантация этих клеток в печень может привести к их полной дифференцировке в гепатоциты [11].
Таким образом, существующие на сегодняшний день данные позволяют предполагать возможность образования гепатоцитов в поджелудочной железе из трех различных источников: ацинарного, эндокринного или дуктулярного. Сложность окончательного подтверждения роли того или иного клеточного типа в формировании гепатоцитов связана с необходимостью маркировки отдельных клеточных типов в поджелудочной железе.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Rao M.S., Dwivedi R.S., Yeldandi A.V. et al. Role of periductal and ductular epithelial cells of the adult rat pancreas in pancreatic hepatocyte lineage. Am. J. Pathol. 1989; 134: 1069—86.
2. Scarpelli D.G. Multipotent developmental capacity of cells in the adult animal. Lab. Invest. 1985; 52: 331—3.
3. Selman K., Kafatos F.C. Transdifferentiation in the labial gland of silk moths: is DNA required for cellular metamorphosis? Cell. Differ. 1974; 3: 81-94.
4. Araki M., Okada T.S. Differentiation of lens and pigment cells in cultures of neural retinal cells of early chick embryos. Dev. Biol. 1977; 60: 278-86.
5. Eguchi G., Okada T.S. Differentiation of lens tissue from the progeny of chick retinal pigment cells cultured in vitro: a demonstration of a switch of cell types in clonal cell culture. PNAS USA 1973; 70: 1495—9.
6. Eguchi G. Introduction: transdifferentiation. Semin. Cell Biol. 1995; 6: 105-8.
7. Slack J.W., Tosh D. Transdifferentiation and metaplasia-switching cell types. Curr. Opin. Genet. Dev. 2001; 11: 581-6.
8. Tosh D., Slack J.W. How cells change their phenotype. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002; 3: 187-94.
9. Scarpelli D.G., Rao M.S. Differentiation of regenerating pancreatic cells into hepatocyte-like cells. PNAS USA 1981; 78: 2577-81.
10. Reddy J.K., Rao M.S., Yeldandi A.V. et al. Pancreatic hepatocytes. An in vivo model for cell lineage in pancreas of adult rat. Dig. Dis. Sci. 1991; 36: 502-6.
Экспериментальные работы, демонстрирующие «превращение» (трансдифференцировку) регенерирующих клеток поджелудочной железы в гепатоци-топодобные клетки, ставят несколько принципиальных вопросов, требующих дальнейшего изучения. С одной стороны, обнаруженные в клетках перокси-сомы и альбумин в сочетании с характерной морфологией клеток позволяют предполагать, что выявляемые клетки действительно могут представлять собой гепатоциты [1, 10]. Вместе с тем, учитывая, что преобразования происходили в регенерирующей поджелудочной железе взрослых животных, остается без ответа вопрос о фенотипе и локализации клеток-предшественниц образующихся гепатоцитов. Кроме этого, известно, что дифференцировка эпителиальных клеток печени, в том числе и гепатоцитов, невозможна без клеточного микроокружения, формирующего необходимые межклеточные контакты и выделяющего цитокины и факторы роста, причем, основным клеточным типом такого микроокружения в печени служит один из типов синусоидных клеток печени - звездчатые клетки печени [24-26]. В самой поджелудочной железе также описаны звездчатые клетки, имеющие очень схожие со звездчатыми клетками печени свойства [27]. В связи с этим возникает вопрос: участвуют ли в описанных моделях панкреато-гепатоцитарной трансдифференцировки звездчатые клетки? Если звездчатые клетки не обнаруживаются, то какие клетки формируют необходимое для дифференцировки гепатоцитов микроокружение?
Таким образом, возможность трансдифференци-ровки клеток поджелудочной железы в гепатоциты может стать одним из перспективных путей получения гепатоцитов для использования в клеточной терапии заболеваний печени. Основными вопросами, требующими дальнейшего изучения, являются установление клеточного типа, способного к такой трансдифференцировке, и способов направленного влияния на этот процесс.
11. Dabeva M.S., Hwang S.G., Rao S.G.V. et al. Differentiation of pancreatic epithelial progenitor cells into hepatocytes following transplantation into rat liver. PNAS USA 1997; 94: 7356—61.
12. Zaret K.S., Grompe M. Generation and regeneration of cells of the liver and pancreas. Science 2008; 322 (5907): 1490-4.
13. Rao M.S., Reddy M.K., Reddy J.K. et al. Response of chemically induced hepatocytelike cells in hamster pancreas to methyl clofenapate, a peroxisome proliferator. J. Cell Biol. 1982; 95: 50-6.
14. Reddy J.K., Rao M.S., Qureshi S.A. et al. Induction and origin of hepatocytes in rat pancreas. J. Cell Biol. 1984; 98: 2082-90.
15. Rao M.S., Subbarao V., Scarpelli D.G. Development of hepatocytes in the pancreas of hamsters treated with 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. J. Toxicol. Environ. Health. 1998; 25: 201-5.
16. Shen C.N., Horb M.E., Slack J.W. et al. Transdifferentiation of pancreas to liver. Mechanisms of Development 2003; 120(1): 107-16.
17. Krakowski M.L., Kritzik M.R., Jones E.M. et al. Pancreatic expression of keratinocyte growth factor leads to differentiation of islet hepatocytes and proliferation of duct cells. Am. J. Pathol. 1999; 154: 683-91.
18. Wolfe-Coote S., Louw J., Woodroof C. et al. The non-human primate endocrine pancreas: development, regeneration potential and metaplasia. Cell Biol. Int. 1996; 20: 95-101.
19. Paner G.P., Thompson K.S., Reyes C.V. Hepatoid carcinoma of the pancreas. Cancer 2000; 88: 1582-9.
20. Ramiya V.K., Maraist M., Arfors K.E. et al. Reversal of insulin-dependent diabetes using islets generated in vitro from pancreatic stem cells. Nat. Med. 2000; 6: 278-82.
21. Rao M.S., Subbarao V., Reddy J.K. Induction of hepatocytes in the pancreas of copper-depleted rats following copper repletion. Cell Differ. 1986; 18: 109-17.
22. Rao M.S., Dwivedi R.S., Subbarao V. et al. Almost total conversion of pancreas to liver in the adult rat: a reliable model to study transdifferentiation. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1988; 156: 131-6.
23. Dabeva M.D., Hurston E., Sharitz D.A. Transcription factor and liver-specific mRNA expression in facultative epithelial progenitor cells of liver and pancreas. Am. J. Pathol. 1995; 147: 1633-48.
24. Kiassov A.P., van Eyken P., van Pelt J.F. et al. Desmin expressing nonhematopoietic liver cells during rat liver development:
an immunohistochemical and morphometric study. Differentiation 1995; 59: 253-8.
25. Vassy J., Rigaut J.P., Briane D. et al. Confocal microscopy immunofluorescence localization of desmin and other intermediate filament proteins in fetal rat livers. Hepatology 1993; 17: 293-300.
26. Гумерова А.А., Киясов А.П., Калигин М.С. и др. Участие клеток Ито в гистогенезе и регенерации печени. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2007; 4: 39-46.
27. Omary M.B., Lugea A., Lowe A.W. et al. The pancreatic stellate cell: a star on the rise in pancreatic diseases. J Clin Invest. 2007; 117(1): 50-9.
Поступила 14.08.12
