CC BY
18
https://doi.org/10.29013/ELBLS-20-2.3-32-36
Lebedeva Elena Ivanovna, PhD, Associate Professor of the Department of Histology, Cytology and Embryology Vitebsk State Medical University, Vitebsk, Belarus E-mail: lebedeva.ya-elenale2013@yandex.ru Shchastny Anatoly Tadeushevich, MD, Professor, Rector Vitebsk State Medical University
MODERN VIEWS ON LIVER STEM CELLS AND THEIR OCCUPIED NICHES
Abstract. In human liver and laboratory animals, two populations of resident progenitor cells have been described: hepatic stem cells and biliary tree stem cells. An analysis of the scientific literature showed that in the future they will become a promising source for the development of methods for cell therapy of diseases of the liver and pancreas.
Keywords: hepatic stem cells, biliary tree stem cells, liver.
Лебедева Елена Ивановна, К.б.н., доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии Витебский государственный медицинский университет,
Витебск, Беларусь E-mail: lebedeva.ya-elenale2013@yandex.ru Щастный Анатолий Тадеушевич, Д.м.н., профессор, ректор Витебский государственный медицинский университет,
Витебск, Беларусь
СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ПЕЧЕНИ И ЗАНИМАЕМЫЕ ИМИ НИШИ
Аннотация. В печени человека и лабораторных животных описаны две популяции резидентных прогениторных клеток: печеночные стволовые клетки и стволовые клетки билиарного дерева. Анализ научной литературы показал, что в будущем они станут перспективным источником для разработки методов клеточной терапии заболеваний печени и поджелудочной железы.
Ключевые слова: печеночные стволовые клетки, стволовые клетки билиарного дерева, печень.
В настоящее время в печени взрослого человека стволовые клетки (HpSCs) и стволовые клетки и лабораторных животных описаны две популяции билиарного дерева (BTSCs). Вопросом о роли резидентных прогениторных клеток: печеночные данных популяций клеток в процессе регенерации
печени при ее повреждении остается малоизученным. Проведенные исследования демонстрируют вариабельность данных, что затрудняет сопоставления полученных результатов [1; 2].
Целью статьи является обобщение современных научных данных в области изучения стволовых клеток печени и определение перспектив их использования в регенеративной медицине.
Печеночные стволовые клетки (HpSCs) и занимаемая ими ниша
В здоровой печени человека и животных НрБС8 представляют собой маленькие покоящиеся клетки с овальным ядром, небольшим количеством цитоплазмы и низкой скоростью пролиферации. При обычных гистологических методах окраски данные клетки трудно верифицировать. Общепринятыми маркерами идентификации НрБС8 являются иммуногистохимические маркеры СК-7 и СК-19. Согласно литературным данным печеночные клетки-предшественники способны так же экспрессировать маркеры стволовых клеток (Бох9, Lgr5, С044, С0133), молекулу адгезии эпителиальных клеток ЕрСАМ, молекулу адгезии нервных клеток МСАМ и маркер гепатоцитов СК18. Вероятно, при идентификации НрБС8 в печени необходимо учитывать их локализацию и иммунофенотип [1; 3].
Печеночные стволовые клетки расположены в каналах Геринга - специализированной анатомической и функциональной нише. Каналы представляют собой наименьшие и наиболее периферические ветви желчного дерева. Экспансия, пролиферация и дифференцировка НрБС8 зависит от клеток ниши, состава внеклеточного матрикса и сигнальных путей. В настоящее время среди исследователей роль ниши в пролиферации и дифференцировке НрБС8 находится в центре активных дискуссий. Нишу печеночных клеток-предшественников ученые описывают как клеточное и внеклеточное микроокружение. Взаимодействие НрБС8 с клетками микроокружения является ключевым механизмом, регулирующим процессы
состояние покоя и дифференцировки стволовых клеток. При этом необходимо учитывать, что сигнальные и адгезивные молекулы внеклеточного матрикса ниши способны влиять на состояние покоя стволовых клеток, их самообновление, дифферен-цировку и функцию. В костном мозге и кишечнике молекулярные каскады сигнальных путей Wnt, Notch, Hedgehog поддерживают покой стволовых клеток, контролируют пролиферацию и управляют их дифференцировкой [4].
Установлено, что заболевания печени, связанные с повреждением желчного эпителия, характеризуются активацией в нише стволовых клеток сигнального пути Notch. Звездчатые клетки печени и портальные миофибробласты секретиру-ют лиганды пути сигнального Notch (например, Jaggedl), стимулируя дифференцировку HpSCs в билиарном направлении. В нише печеночных клеток-предшественников локализуются портальные миофибробласты, звездчатые клетки, гепатоциты, холангиоциты, эндотелиальные клетки, резидентные макрофаги (клетки Купфера). Вероятно, все эти клетки могут взаимодействовать с HpSCs, влияя на их пролиферацию и дифференцировку. При поражениях печени клетки воспалительного инфильтрата секретируют ряд цитокинов и хемоки-нов, так же оказывая влияния на HpSCs. Например, T-клетки экспрессируют TNF-подобный слабый индуктор апоптоза (TWEAK), стимулирующий пролиферацию HpSCs. Другие молекулы воспалительного ответа (лимфотоксин-^, интерферон-у, фактор некроза опухоли-а и гистамин) стимулируют пролиферацию HpSCs [1; 5].
При вирусном гепатите, стеатогепатите и первичном билиарном циррозе печени выявлена корреляция между степенью повреждения, пролиферацией HpSCs и фиброзом. Предполагают, что HpSCs влияют на активацию звездчатых клеток и наоборот, активированные звездчатые клетки способны стимулировать пролиферацию HpSCs и управлять их дифференцировкой. Вероятно, активация HpSCs и звездчатых клеток происходит независимо друг
от друга, а возможно совместно с помощью схожих медиаторов или стимулов. Это является предметом дальнейших исследований [6; 7].
В соответствии с современными научными данными НрБС8 окружены внеклеточным ма-триксом обогащенным фибриллярным белком ла-минином. В здоровой печени наблюдается минимальная экспрессия галектина-3 (Са1-3, СВР-35, Мас-2, Ь29). Галектин-3 принадлежит к семейству бета-галактозид-связывающих протеинов. В зависимости от типа клеток и состава внеклеточного матрикса ниши Са1-3 способен как ингибировать, так и индуцировать рост и дифференциацию стволовых клеток. Макрофаги, фибробласты и ней-трофилы экспрессируют Са1-3. При повреждении печени количество Са1-3 увеличивается. Его С-терминальный участок связывается с ламини-ном и запускает процесс пролиферации НрБСз. Заболевания печени с высоким содержанием ла-минина во внеклеточном матриксе (например, алкогольный гепатит), характеризуются более низким уровнем пролиферации и дифференцировки НрБС8. У мышей Са1-3/- значительно снижена пролиферация НрБСз [1; 3; 7].
При острых и хронических повреждениях печени активация НрБСз характеризуется появлением реактивных протоков (дуктулярная/про-токовая реакция, ОЯ). При морфологическом исследовании реактивные протоки представляют собой цепочки пролиферирующих клеток, напоминают извилистые структуры без отчетливого просвета и протоки с четко оформленным просветом. Исследования выявили, что дуктулярная реакция представлена клетками с вариабельным маркерным профилем. Вероятно, гетерогенность клеток здесь обусловлена стадией дифференцировки протоков и разной этиологией заболеваний печени [2; 8; 9].
Результаты последних научных исследований показали, что при определенных условиях НрБСз дифференцируются в гепатоциты и холангиоци-ты. В процессе дифференцировки НрБСз приоб-
ретают промежуточный фенотип, характеризующийся модификацией иммуногистохимических маркеров. Однако это процесс описан только у грызунов. Печеночные стволовые клетки являются остатками протоковой пластинки печени плода и новорожденного, сохраняющейся во взрослой печени как популяция Sox9+ клеток. Schmelzer et al. и Weiss et al. продемонстрировали, что клетки EpCAM+ и Thy-1+, выделенные из эмбриональной или постнатальной печени, способны давать начало зрелым паренхиматозным клеткам печени человека [2; 9].
Следует отметить, что ни один из описанных маркеров не является полностью специфическим для HpSCs. Использование HpSCs в клинической практике нуждается в дальнейших исследованиях. Необходима разработка протоколов стандартизации процессов от фундаментальных исследований до разработки клинических испытаний [1; 3; 9].
Стволовые клетки билиарного дерева (BTSCs) и занимаемая ими ниша
В стенке внепеченочных и крупных внутри-печеночных желчных протоков локализованы железистые элементы. В современной научной литературе их называют трубчато-альвеолярные перибилиарные железы (peribiliary glands, PBG). Перибилиарные железы описаны у человека и большинства млекопитающих. До 2011 года их функцией считали секрецию муцина, защищающего эпителий от агрессивного действия желчи. В настоящее время появились данные свидетельствующие о том, что PBG являются нишей для мультипотентных стволовых клеток. В зарубежной литературе данные клетки называют стволовые клетки билиарного дерева (BTSCs). В настоящее время данные, свидетельствующие об функции PBG остается дискутабельным [2; 10].
Стволовые клетки билиарного дерева обладают уникальной способностью дифференцироваться в зрелые холангиоциты, гепатоциты и клетки островков поджелудочной железы. Вероятно, это связано с тем, что эпителиальные клетки пече-
ни и поджелудочной железы имеют общий источник развития. Клетки ВТБС8 идентифицируют по экспрессии поверхностных маркеров Бох17, Р<1х1, Бох9, ЕрСАМ, Ба114 и Lgr5 [10; 11].
Ряд исследований продемонстрировали, что выделенные из печени взрослого человека ВТБС8 способны сохраняться в недифференцированном состоянии в среде Кубота в течение восьми недель, экспрессируя поверхностный маркер ЕрСАМ. При изучении процесса диф-ференцировки, выделенные ВТБС8 пересевали в различные питательные среды. Для получения популяции гепатоцитов их пересевали в питательную среду НБМ^, холангиоцитов - в среду НОМ-С, а клеток островков поджелудочной железы - в среду НОМ-Р. Результаты исследований показали, что в питательной среде НБМ^ по периферии образовавшихся колоний располагались клетки, экспрессирующие маркеры СК18 и альбумин (маркеры гепатоцитов), а в центре колоний локализовались клетки, несущие на поверхности маркер ЕрСАМ. При культивировании стволовых клеток билиарного дерева в среде НОМ-С по периферии колоний выявлены клетки с поверхностными маркерами СК19 и СК7 (маркеры
холангиоцитов). В среде НОМ-Р культивируемые клетки экспрессировали инсулин, глюкагон, РБХ1, С-рер1^е и соматостатин (маркеры клеток островков поджелудочной железы) [2; 12; 13; 14].
Стволовые клетки билиарного дерева представляют собой резервный отсек стволовых клеток, который можно стимулировать к диф-ференцировке посредством фармакологической модуляции. Молекулярные сигнальные молекулы, которые управляют пролиферацией и диффе-ренцировкой данных клеток, а также роль ниши в этих процессах до конца не изучены.
Заключение
Анализ литературы показал, что резидентные прогениторные клетки печени являются перспективным источником для разработки методов клеточной терапии заболеваний печени и поджелудочной железы и требует дальнейших исследований. По-прежнему остаются не изученными способы выделения и методы дифференцировки клеток и их фенотипические характеристики. Несмотря на накопленные новейшие результаты исследований из-за отсутствия в научных работах описания их детального протокола проведения не представляется возможным их полное воспроизведения.
Список литературы:
1. Overi D., Carpino G., Franchitto A., Onori P., Gaudio E. Hepatocyte injury and hepatic stem cell niche in the progression of non-alcoholic steatohepatitis. Cells. 2020; 9(3): 590. Doi: 10.3390/cells9030590.
2. Lee S. J., Park J. B., Kim K. H., Lee W. R., Kim J. Y., An H. J., Park K. K. Immunohistochemical study for the origin of ductular reaction in chronic liver disease. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2014.- Vol. 7.- No. 7.-P. 4076-4085.
3. Williams M. J., Clouston A. D., Forbes S.J. Links between hepatic fibrosis, ductular reaction, and progenitor cell expansion. Gastroenterology. 2014.- Vol. 146(2).- P. 349-356.
4. Chen J., Chen L., Zern M. A., Theise N. D., Diehl A. M., Liu P., Duan Y. The diversity and plasticity of adult hepatic progenitor cells and their niche. Liver Int. 2017.- Vol. 37(9).- P. 1260-1271. Doi: 10.1111/ liv.13377.
5. Sato K., Marzioni M., Meng F., Francis H., Glaser S., Alpini G. Ductular reaction in liver diseases: pathological mechanisms and translational significances. Hepatology. 2019.- Vol. 69(1).- P. 420-430. Doi: 10.1002/hep.30150.
6. Tsuchiya A., Lu W. Y. Liver stem cells: Plasticity of the liver epithelium. World J. Gastroenterol. 2019.-Vol. 25(9).- P. 1037-1049. Doi: 10.3748/wjg.v25.i9.1037.
7. Bird T. G., Lorenzini S., Forbes S. J. Activation of stem cells in hepatic diseases. Cell Tissue Res. 2008.-Vol. 331(1).- P. 283-300. Doi: 10.1007/s00441-007-0542-z.
8. Abu Rmilah A., Zhou W., Nelson E., Lin L., Amiot B., Nyberg S. L. Understanding the marvels behind liver regeneration. Wiley Interdiscip Rev. Dev. Biol. 2019.- Vol. 8(3). e340. Doi: 10.1002/wdev.340.
9. Gadd V. L., Skoien R., Powell E. E., Fagan K.J., Winterford C., Horsfall L., Irvine K., Clouston A. D. The portal inflammatory infiltrate and ductular reaction in human nonalcoholic fatty liver disease. Hepatol-ogy. 2014.- Vol. 59(4).- P. 1393-1405. Doi: 10.1002/hep.26937.
10. Glaser S. S., Gaudio E., Miller T., Alvaro D., Alpini G. Cholangiocyte proliferation and liver fibrosis. Expert Rev. Mol. Med. 2009; 11: e7. Doi: 10.1017/S1462399409000994.
11. Svegliati-Baroni G., De Minicis S., Marzioni M. Hepatic fibrogenesis in response to chronic liver injury: novel insights on the role of cell-to-cell interaction and transition. 2008.- Vol. 28(8).- P. 1052-1064.
12. Kuwahara R., Kofman A. V., Landis C. S., Swenson E. S., Barendswaard Els, Theise Neil D. The hepatic stem cell niche: identification by label-retaining cell assay. Hepatology. 2008.- Vol. 47(6).- P. 1994-2004. Doi: 10.1002/hep.22218.
13. Carpino G., Cardinale V., Onori P., Franchitto A., Berloco P. B., Rossi M., Wang Y., Semeraro R., Anceschi M., Brunelli R., Alvaro D., Reid L. M., Gaudio E. Biliary tree stem/progenitor cells in glands of extrahe-patic and intraheptic bile ducts: an anatomical in situ study yielding evidence of maturational lineages. J. Anat. 2012.- Vol. 220(2).- P. 186-199. Doi: 10.1111/j.1469-7580.2011.01462.x.
14. Cardinale V., Wang Y., Carpino G., Cai-Bin C., Gatto M., Rossi M., Berloco P. B., Cantafora A., Wauthier E., Furth M. E., Inverardi L., Dominguez-Bendala J., Ricordi C., Gerber D., Gaudio E., Alvaro D., Reid L. Multipotent stem/progenitor cells in human biliary tree give rise to hepatocytes, cholangiocytes, and pancreatic islets. Hepatology. 2011.- Vol. 54(6).- P. 2159-2172. Doi: 10.1002/hep.24590.
