CURRENT VIEWS ON HISTOPHYSIOLOGY OF BRONCHIOLAR EXOCRINE CELLS

Full Text

В конце XIX в. A. von Kolliker описал секретирующие нереснитчатые клетки в бронхиолах кроликов. Более 50 лет эти клетки не привлекали внимание исследователей. В 1937 г. M. Clara опубликовал данные о наличии экзокриноцитов в бронхиолах человека и кроликов. Следует отметить, что в медицинской терминологии эпоним «клетки Клара» впервые появился в 1955 г. A. Polycard и соавт. подробно описали ультраструктуру бронхиолярных экзокриноцитов. Именно тогда была предложена французская версия «cellue de Clara». Прежде, чем перейти к описанию гистофизиологии бронхиолярных экзокриноцитов, необходимо подчеркнуть, что, начиная с 1 января 2013 г., по решению американских и европейских медиков вместо термина «клетки Клара» следует использовать термин «Club Cell» (от англ. - club - булава) или булавовидные клетки [10]. Это переименование связано с тем, что М. Клара был нацистским врачом, использовавшим останки жертв Третьего рейха для своих исследований, в том числе для работы, приведшей к обнаружению этих клеток [26]. К настоящему времени опубликованы многочисленные данные о строении и расположении бронхиолярных экзокриноцитов в воздухоносных путях, а также в респираторных отделах лёгкого. Бронхиолярные экзокриноциты составляют примерно 9 % от общего числа эпителиальных клеток лёгкого человека, причем эти клетки отсутствуют в эпителии трахеи и бронхов. Приблизительно 11-22 % бронхиолярных экзокриноцитов располагаются в терминальных бронхиолах [21]. Необходимо также подчеркнуть, что бронхиолярные экзокриноциты обнаружены в матке (gravid uterus), почках и простате. Ультраструктура и гистохимия бронхиолярных экзокриноцитов Бронхиолярные экзокриноциты взрослого человека имеют призматическую или кубическую форму. На апикальной поверхности клеток встречаются редкие невысокие микроворсинки. Бронхиолярные экзокриноциты контактируют друг с другом и с рядом лежащими клетками при помощи плотных контактов. Ядро, как правило, расположено в центре и занимает приблизительно одну треть объема клетки. В этой же области обнаруживается хорошо развитый аппарат Гольджи. В апикальной части цитоплазмы сосредоточено небольшое число овальных элекронно-плотных секреторных гранул, ограниченных одинарной мембраной и имеющих размер 0,3×0,4 мкм. Палочкообразные митохондрии длиной 0,25 мкм распределены в цитоплазме рав номерно. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети расположены около ядра и составляют около 10 % объемной плотности клеток. Характерным для бронхиолярных экзокриноцитов человека является наличие обильной гладкой эндоплазматической сети и сравнительно большие цитоплазматические выросты на базолатеральных поверхностях клетки. Каждая клетка содержит примерно 6 плотных мембранно-окаймлённых гранул диаметром 0,3 мм, расположенных преимущественно в базальной части клеток. Эти гранулы содержат белки, гликопротеины и липиды [21]. Приведенная выше ультраструктурная организация бронхиолярных экзокриноцитов человека отличается от ультраструктуры этих клеток в лёгких различных животных. Для бронхиолярных экзокриноцитов взрослых крыс, мышей и кроликов характерно то, что апикальная часть клетки значительно выступает в просвет бронхиол и напоминает булаву. У многих млекопитающих, таких как мышь, крыса, хомяк, морская свинка, кролик, свинья, овца, лошадь, гладкая эндоплазматическая сеть занимает около 40 % объёма цитоплазмы. В цитоплазме бронхиолярных экзокриноцитов при помощи гистохимических методов исследования выявлены липиды, стойкие к метанолу и хлороформу, белки, щелочная и кислая фосфатазы, каталазы, неспецифические эстеразы, липазы. Иммуногистохимически обнаружены изоферменты цитохрома Р-450. Показано, что белок Р-450 локализуется в зонах, богатых гранулярной эндоплазматической сетью. Помимо этого, в бронхиолярных экзокриноцитах были найдены и другие ферменты, участвующие в метаболизации ксенобиотиков: NADPH - цитохром Р-450 - редуктаза, эпоксигидролаза, цитохром-450 - монооксигеназа [29]. В бронхиолярных экзокриноцитах обнаружен низкомолекулярный белок - CCSP (Clara cell specific protein). В современной литературе этот белок упоминается под разными названиями, включая утероглобин или бластокинин (Ug), относящиеся к семейству белков - секретоглобинов (Scgb). Нередко встречаются и другие термины: человеческий протеин 1 (Human Urinary protein 1 - UP1), белок 10 килодальтон КК (CC10), белок 16 килодальтон КК (CC16), секретоглобин 1А1, утеропротеин и др. [4, 16]. Функции бронхиолярных экзокриноцитов. Секреторная функция Бронхиолярные экзокриноциты играют исключительную роль в образовании бронхиолярного секрета, располагающегося на поверхности слизистой оболочки брохиол. Этот секрет, состоящий из гликозаминогликанов, гликопротеинов, воды и сурфактантных белков - Sp-A, Sp-B и Sp-D, служит жидким, вязким слизистым субстратом, благодаря перемещению которого осуществляется бронхиолярный мукоцилиарный клиренс. Помимо этого, наличие секрета на поверхности бронхиол препятствует их спадению, особенно при выдохе, а также этот субстрат связывает сурфактант, стабилизируя его структуру и, тем самым, выполняет защитную функцию [9]. Одна из главных секреторных функций бронхиолярных экзокриноцитов связана с синтезом упомянутых выше низкомолекулярных белков (CC10, CC16 и др.), идентичных по своим функциональным свойствам. Прежде всего эти белки являются ингибиторами нейтрофильных протеаз, особенно эластазы [2]. На долю CC16 приходится до 7 % от всех белков альвеолярного смыва человека. Количество этого белка достоверно уменьшается в бронхоальвеолярной лаважной жидкости человека при идиопатическом фиброзе. На фоне этого при указанных заболеваниях резко (в 3-9 раз) возрастает активность фосфолипазы A2 (PLA2), которая способствует хемотаксису фибробластов и развитию фиброза. Подавление хемотаксиса фибробластов CC16 осуществляется в дозозависимой концентрации и реализуется через угнетение активности фосфолипазы A2 в цитозоле фибробластов. Становится понятным, почему дефицит CC16 сопровождается развитием фиброза лёгких. Можно преположить, что, ингибируя фосфолипазу A2, CC16 предотвращает дегенерацию лёгочных сурфактантных фосфолипидов. CC16 может также ингибировать продукцию интерферона-Y (IFN-Y) в периферических мононуклеарных клетках. Биологическое действие интерферона IFN-Y, а именно его антивирусная активность, а также стимуляция фагоцитоза снижается за счет CC16 [2]. Как известно, в состав сурфактанта, помимо фосфолипидов, нейтральных липидов, входят гидрофильные белки Sp-A, Sp-D и гидрофобные белки Sp-B и Sp-C. Причем Sp-B синтезируют не только КК, но и эпителий желудочнокишечного тракта и слуховой трубы; в то время как Sp-C синтезируют только альвеолоциты II типа. Интересно отметить, что отсутствие Sp-B, ответственного за поверхностное натяжение, приводит к нарушению сурфактанта в постнатальном периоде, а также к снижению взаимодействия с воспалительными медиаторами. Отсутствие Sp-C вызывает хронические интерстициальные пневмониты как у инфантов (до 2 лет), так и у взрослых. Показано участие Sp-C в модуляции воспалительной реакции с макрофагами [9]. Помимо этого, обнаружено, что количество секреторного белка (CCSP) заметно уменьшается в течение активного воспаления, когда нейтрофилы преобладают в воздухоносных путях, а также при астме, аллергическом рините и хроническом риносинусите. Проведенные эксперименты на животных показали, что секреторный белок бронхиолярных экзокриноцитов увеличивает фагоцитоз и уменьшает окислительную активность нейтрофилов [4, 11]. При исследовании детей с аллергическим ринитом, установлено, что уровень секреторного белка в серозной жидкости слизистой оболочки носовой полости может служить маркером повреждения воздухоносных путей лёгкого. Причём, именно определенный уровень белка CCSP в серозной жидкости, а не в лаваже (nasal lavage), является указателем аллергического ринита [6]. В связи с вышеизложенным интересно также отметить интенсивную инфильтрацию эозинофилов у больных со стойким аллергическим ринитом (persistant allergic rhinitis - PAR). При этом наблюдается заметное снижение концентрации CC16 в назальной жидкости [17]. По мнению ряда авторов, в данном случае происходит угнетение функции бронхиолярных экзокриноцитов, обусловленное повреждающим действием эозинофильного катионного белка, главного основного белка и пероксидаз [7]. Увеличение количества эозинофилов у больных с PAR, возможно, связано с продукцией неселективных хемокинов, вызывающих миграцию не только эозинофилов, но лимфоцитов, моноцитов и макрофагов, селективного хемокина eotaxin-1, -2, -3, привлекающего только эозинофилы благодаря специфическому рецептору (CCR3) [5, 18]. Следует также отметить использование уровня CCSP в легочной жидкости и сыворотке крови для установления диагноза ряда болезней лёгких [27]. Кроме того, изменение концентрации CCSP может служить хорошим маркером для ранней диагностики силикоза [24] и пневмокониоза [13], а также при вдыхании воздуха с мелко распыленными частицами при смоге [23, 25]. Особый интерес представляет изучение заметного снижения уровня экспрессии CCSP у реципиентов, перенесших трансплантацию лёгких. Как правило, в большинстве случаев эта операция приводит к синдрому облитерирующего бронхиолита [12]. Не менее интересные данные опубликовали ряд авторов, изучавших секретоглобин (SCGB1A1), обладающий антивоспалительными свойствами, концентрация которого уменьшается при рецидивирующей лёгочной обструкции и астме. Было обнаружено заметное уменьшение хемотаксиса нейтрофилов, а также образования внеклеточных ловушек [4]. Участие в метаболизме ксенобиотиков и канцерогенных веществ Участие в метаболизме ксенобиотиков и канцерогенных веществ - это одна из важных функций бронхиолярных экзокриноцитов. Эти клетки, занимая стратегическое положение у начала альвеолярной зоны, обеспечивают детоксикационные процессы в легких благодаря присутствию цитохром - Р-450 - монооксидазной системы, упомянутой выше. В настоящее время накоплен обширный материал, демонстрирующий ряд изменений в ультраструктуре бронхиолярных экзокриноцитов в процессе метаболизации ксенобиотиков, таких как нафтален и его метаболиты, озон, бензопирен и его производные, сигаретный дым, кумарин, трихолорэтилен, двуокись азота и др. Особо следует отметить сигаретный дым, так как одним из основных этиологических факторов хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) является курение. Показано, что при курении противовоспалительные свойства белков бронхиолярных экзокриноцитов значительно снижаются [31]. На основании приведенных данных можно с уверенностью утверждать, что бронхиолярные экзокриноциты - это своеобразный «цитоэкологический» форпост, охраняющий респираторный отдел лёгкого от загрязнения. Участие бронхиолярных экзокриноцитов в восстановлении повреждённого эпителия лёгких Изучение участия бронхиолярных экзокриноцитов в регенерации эпителия дыхательных путей млекопитающих представляет большой интерес, так как имеющиеся в литературе данные нередко противоречивы, а представленные экспериментальные результаты не всегда дают ясный ответ на поставленные вопросы. Бронхиолярные экзокриноциты рассматриваются многими исследователями в качестве основного кандидата на роль стволовых клеток [8]. При этом для восстановления реснитчатых клеток бронхиол необходима определённая субпопуляция бронхиолярных экзокриноцитов: одна из них так называемая «эмбриональная», которая образовалась в пренатальном периоде, другая - в постнатальном. Полагают, что бронхиолярные экзокриноциты, обладающие специфическими прогенираторными функциями, являются «эмбриональными» клетками, которые в постнатальном периоде митотически неактивны, но при повреждении реснитчатых клеток они пролиферируют и дифференцируются только в реснитчатые клетки и не проявляют прогениторных свойств в альвеолярном эпителии [19]. В связи с вышеизложенным следует отметить данные относительно участия бронхиолярных экзокриноцитов в регенерации альвеолоцитов II типа в ответ на повреждение последних, вызванного вирусной инфекцией или применением блеомицина [30]. Интересно отметить, что бронхиолярные экзокриноциты у новорожденных являются источником образования не только альвеоцитов I и II типов, но и реснитчатых клеток [20, 28]. И наконец, совсем противоречивы данные, свидетельствующие о том, что бронхиолярные экзокриноциты при идиопатическом лёгочном фиброзе мигрируют в повреждённые альвеолы, где индуцируют апоптоз альвеолярных клеток, что приводит к угнетению репарации [1]. Особый интерес представляют данные, опубликованные за последние 10-15 лет, демонстрирующие происхождение многих форм опухолей лёгкого из бронхиолярных экзокриноцитов. Было установлено, что бронхиолярные экзокриноциты под влиянием мутации могут вызывать неопластические процессы в легких, приводящие к образованию аденокарциомы [3]. В свою очередь, другие экспериментальные исследования продемонстрировали нарушение сигнала катенина, с которым, как полагают, вызвана инициация канцерогенеза в лёгких, причем в этот процесс могут быть вовлечены и бронхиолярные экзокриноциты [14]. Как известно, воспаление способствует неоплазии. Повышенный риск рака лёгкого наблюдается при ХОБЛ [15]. Именно поэтому необходимо напомнить, что бронхиолярные экзокриноциты могут регулировать воспаление, секретируя (CC16) CCSP. Как результат регуляции - продукция простагландинов и ряда факторов, участвующих в свертывании крови, усиление миграции и фагоцитоз. Бронхиолярные экзокриноциты, проявляя противоспалительную функцию, оказывают супрессорные действия на опухолевой рост. Хотя механизм этого феномена изучен недостаточно, можно предположить, что белок КК CCSP (CC10 - CC16) является хорошим кандидатом для экспериментальной иммунотерапии рака лёгкого. Среди факторов, участвующих в регуляции воспаления, можно отметить белок р53. Как известно, этот белок у многих клеточных типов выполняет не только противовоспалительное действие, но и ингибирует опухолевый рост, вызывая апоптоз, остановку клеточного цикла, а также старение. Показано, что р53 в ответ на повторяющиеся повреждения способствует старению бронхиолярных экзокриноцитов, причем старение этих клеток усиливает хроническое воспаление лёгких [22]. Поэтому дальнейшее исследование гистофизиологии бронхиолярных экзокриноцитов внесет существенный вклад в изучение процессов канцерогенеза и исследования в области регенеративной медицины. Вклад авторов: Концепция и дизайн исследования: В. Л. Г. Сбор и обработка материала: В. Л. Г., Е. В. Ч., Д. А. Ц., М. Ю. И., С. Л. К. Статистическая обработка данных: В. Л. Г., Е. В. Ч., Д. А. Ц., М. Ю. И., С. Л. К. Анализ и интерпретация данных: В. Л. Г. Написание текста: В. Л. Г. Авторы сообщают об отсутствии в статье конфликта интересов.

About the authors

V. L. Goriachkina

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Department of Histology, Cytology, Embryology 8/2 Trubetskaya St, Moscow 119991, Russian Federation

D. A. Tsomartova

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: dtsomartova@mail.ru
Department of Histology, Cytology, Embryology 8/2 Trubetskaya St, Moscow 119991, Russian Federation

E. V. Chereshneva

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Department of Histology, Cytology, Embryology 8/2 Trubetskaya St, Moscow 119991, Russian Federation

M. Yu. Ivanova

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Department of Histology, Cytology, Embryology 8/2 Trubetskaya St, Moscow 119991, Russian Federation

S. L. Kuznetsov

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Department of Histology, Cytology, Embryology 8/2 Trubetskaya St, Moscow 119991, Russian Federation

References

Supplementary files