Фибробласты кожи: цитофизиология и разнообразие физиологических функций

Алла Зорина, кандидат медицинских наук, главный специалист по применению клеточных технологий Института стволовых клеток человека, г. Москва

Вадим Зорин, кандидат биологических наук, руководитель отдела регенеративной медицины Института стволовых клеток человека, г. Москва

Фибробласты являются основным клеточным компонентом соединительнотканной основы кожи, обеспечивающим ее гомеостаз и морфофункциональную организацию. Именно они отвечают за выработку необходимых для молодости кожи веществ: коллагена и гиалуроновой кислоты.

Характеристика фибробластов кожи

Эти клетки характеризуются пластичностью и разнообразием форм (могут иметь овальную, полигональную, веретеновидную или отросчатую форму) в зависимости от функционального состояния. В культуре фибробласты кожи обладают способностью прикрепляться к пластиковой поверхности и длительно сохранять пролиферативный потенциал (способность к делению).

Иммунофенотипический анализ выявил, что фибробласты кожи характеризуются экспрессией мезенхимных и отсутствием эпителиальных, гемопоэтических и эндотелиальных маркеров. Интересно отметить, что более чем у 30% фибробластов кожи обнаружена экспрессия маркера, характерного для мезенхимальных стромальных клеток костного мозга, – нейротрофинового рецептора CD 271, что свидетельствует о высоком пролиферативном и дифференцировочном потенциале фибробластов кожи. Иммунофенотипической особенностью этих клеток является также экспрессия белков внеклеточного матрикса (ВКМ): фибронектина, эластина и коллагенов I, III, IV, V типов.

Несмотря на то что фибробласты кожи экспрессируют большое число клеточных антигенов, ни один из них не является эксклюзивным маркером для этой клеточной популяции. Отсутствие уникальных маркеров означает, что в настоящее время трудно выявить четкие функциональные различия между отдельными представителями обширной «семьи» фибробластов. Поэтому проблема идентификации эксклюзивных клеточных маркеров фибробластов кожи и по сей день остается весьма актуальной.

Разнородность популяции фибробластов кожи

В процессе онтогенеза все клетки проходят определенный путь реализации своей генетической программы, что сопровождается выполнением ими специфических дифференцируемых функций. Каждый этап онтогенеза характеризуется определенным соотношением в популяции стволовых и нестволовых клеток и закладывает основу для существования фенотипической гетерогенности клеточных популяций как in vivo, так и in vitro.

Фибробласты представляют собой популяцию клеток, гетерогенность которой определяется двумя главными факторами. Первый – это локализация фибробластов в коже. В дерме выделяют три субпопуляции фибробластов, из которых две локализуются в папиллярном и ретикулярном слоях дермы, каждая из них характеризуется различными свойствами. Третья субпопуляция фибробластов ассоциирована с волосяными фолликулами.

Второй фактор определяется положением фибробластов в так называемом фибробластическом диффероне – ряде клеток одной гистогенетической детерминации от наименее дифференцированной до терминально дифференцированной.

Таким образом, фибробласты кожи как in vivo, так и in vitro представляют гетерогенную популяцию клеток, различающихся по морфологии, молекулярно-генетическим характеристикам и потенциям к пролиферации и дифференцировке, и имеют определенную иерархическую структуру, состоящую из клеточных форм разной степени зрелости – гистогенетического ряда (дифферона). Единой общепринятой модели этого клеточного ряда нет, поскольку отсутствуют надежные маркеры коммитированных и некоммитированных предшественников фибробластов. Поэтому расположение в диффероне возможно лишь по функциональным характеристикам и степени зрелости данных клеток, что позволяет фибробластический дифферон «здоровой» дермы представить следующим образом:

– мультипотентные мезенхимальные стволовые (стромальные) клетки соединительной ткани кожи (обладают сходными с ММСК костного мозга потенциями);
– полипотентные циркулирующие стволовые клетки – особая популяция переносимых кровью клеток, так называемые фиброциты;
– префибробласты – коммитированные клетки-предшественники (обладают высокой пролиферативной активностью);
– дифференцирующиеся фибробласты – промежуточный тип клеток между префибробластами и дифференцированными фибробластами, находятся на разных стадиях дифференцировки, характеризуются низким уровнем синтеза и секреции белков, митотически активны;
– дифференцированные (зрелые) фибробласты – центральное звено фибробластического дифферона. Эти клетки митотически не активны, но активны синтетически (отвечают за синтез и резорбцию компонентов МКМ).

Конечный тип клеток фибробластического дифферона – фиброциты. Это дефинитивные формы фибробластов, пролиферативно и синтетически неактивные клетки, необходимые для поддержания клеточного гомеостаза дермы.

Специализированные формы фибробластов:

– миофибробласты – происходят из фибробластов, обладают выраженным сократительным аппаратом (комплекс альфа-гладкомышечного актина и миозина), способны к продукции коллагена, особенно III типа, участвуют в заживлении ран;
– фиброкласты – клетки, характеризующиеся высокой фагоцитарной и гидролитической активностью, обеспечивают разрушение и поглощение ВКМ соединительной ткани в зоне заживления.

Гетерогенность фибробластов кожи in vitro

Метод избирательного клонирования позволил выделить в культуре фибробластов кожи три типа колоний:

I тип – колонии, состоящие из мелких, веретеновидных, хорошо взаимно ориентированных, обладающих высокой митотической активностью клеток;

II тип – колонии, состоящие из больших, сильно распластанных, не обладающих взаимной ориентацией клеток, для которых характерна парусовидная форма и невысокая митотическая активность;

III тип – смешанные колонии, состоящие как из мелких веретеновидных, так и из больших парусовидных клеток.

Выявленные различия в морфологии клеток, по всей видимости, отражают неодинаковую степень зрелости фибробластов кожи в гистогенетическом диффероне, где мелкие веретеновидные клетки представляют собой менее зрелые, в то время как большие парусовидные – более зрелые клетки.

В коже человека выделяют две большие клеточные популяции: митотитически активные фибробласты (МФ) и постмитотические фибробласты (ПМФ). МФ, согласно результатам исследования их цитоморфологии, пролиферативного потенциала и способности синтезировать специфические цитокины и факторы роста (TGF-b и KGF), классифицируют по трем типам клеточных популяций: МФ-I, МФ-II и МФ-III. При этом клеточный пул МФ-I обладает самым высоким пролиферативным потенциалом и проходит около 25–30 клеточных делений перед дифференцировкой в клеточную популяцию МФ-II. Клеточный пул МФ-II, в свою очередь, перед дифференцировкой в МФ-III совершает около 15–20 клеточных делений. МФ-III перед дифференцировкой в ПМФ осуществляет уже около 5–8 клеточных делений. Последний клеточный пул, согласно полученным биохимическим характеристикам, отражает функциональный тип клеточной системы фибробласт – фиброцит.

В пересчете на клетку эта система по сравнению с клеточной популяцией МФ продуцирует общего коллагена в 5–8 раз больше и обеспечивает необходимое для поддержания гомеостаза дермы корректное соотношение коллагена I, III и V типов. Выяснилось, что в коже человека соотношение клеточных популяций МФ / функциональные ПМФ постоянно и составляет 2:1. Показано, что это соотношение не зависит от возраста человека. В условиях in vitro клеточные популяции МФ и функциональные ПМФ классифицируют на основании специфической экспрессии фермента β-галактозидазы, характерного для ПМФ и нехарактерного для МФ. Экспрессия этого фермента нашла применение для идентификации процессов клеточного старения в культурах фибробластов.

Продолжение статьи в № 11/2017 «Kрасота PROf».

 

 

Полная печатная версия:
Архив...