Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ И СТЕРЕОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОПУЛЯЦИИ ЗВЕЗДЧАТЫХ КЛЕТОК ПЕЧЕНИ В ОНТОГЕНЕЗЕ

Капустина В.И. 1 Постникова О.А. 1 Айдагулова С.В. 1
1 НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН, Новосибирск
В онтогенезе у крыс Вистар звездчатые клетки печени в состоянии фиброгенной активации экспрессируют переходный, или смешанный, фенотип: уменьшение числа и последующее исчезновение липидных капель с синхронной сменой звездчатой формы на фибробластоподобную полигональную и увеличением размеров клетки с синхронной гиперплазией гранулярной цитоплазматической сети и увеличением числа митохондрий. В динамике онтогенеза у крыс в звездчатых клетках выявлены ультраструктурные стереологические маркеры индукции белоксинтезирующей функции, обратно коррелирующие с выраженностью функции депонирования ретиноидов, оцениваемой по поверхностной плотности липидных капель. Прогрессирующие в онтогенезе дисфункции митохондрий гепатоцитов, ассоциированные с окислительным стрессом, и более выраженная фиброгенная активность звездчатых клеток являются ключевыми факторами фиброза печени.
фиброгенез
звездчатые клетки печени
ультраструктура
стереология
1. Непомнящих Д.Л., Айдагулова С.В., Непомнящих Г.И. Биопсия печени: Патоморфогенез хронического гепатита и цирроза. – М.: Изд-во РАМН, 2006. – 368 с.
2. Непомнящих Л.М., Бакарев М.А. Морфогенез метаболических повреждений скелетных мышц. – М.: Изд-во РАМН, 2005. – 352 с.
3. Balabaud C., Bioulac-Sage P., Desmouliere A. The role of hepatic stellate cells in liver regeneration // J. Hepatol. –
2004. – Vol. 40. – P. 1023–1026.
4. Brandao D.F., Ramalho L.N.Z., Ramalho F.S. Liver cirrhosis and hepatic stellate cells // Acta Cirúr. Brasil. – 2006. – Vol. 21. – P. 54–57.
5. Desmet V.J., Roskams T. Cirrhosis reversal: A duel between dogma and myth // J. Hepatol. – 2004. – Vol. 40. – P. 860–867.
6. Gabele E., Brenner D.A., Rippe R.A. Liver fibrosis: Signals leading to the amplification of the fibrogenic hepatic stellate cell // Front. Biosc. – 2003. – Vol. 8. – P. 69–77.
7. Geerts A. On the origin of stellate cells: mesodermal, endodermal or neuro-ectodermal? // J. Hepatol. – 2004. – Vol. 40. – P. 331–334.
8. Gundersen H.J.G., Bendtsen T.F., Korbo L. The new stereological tools // Acta Path. Micr. Immunol. Scand. – 1988. – Vol. 96. – P. 379–394.
9. Gutierrez-Ruiz M.C., Gomez-Quiroz L.E. Liver fibrosis: searching for cell model answers // Liver Intern. – 2007. – Vol. 10. – P. 434–439.
10. Kisseleva T., Brenner D.A. Role of hepatic stellate cells in fibrogenesis and the reversal of fibrosis // J. Gastroenterol. Hepatol. – 2007. – Vol. 22. – P. S73–S78.
11. Hepatic stellate cells and fibrogenesis in hepatitis C virus infection: an ultrastructural insight / S.S. Mansy, N.A. ElKhafif, A.S. AbelFatah et al. // Ultrastruct. Pathol. – 2010. – Vol. 34. – P. 62–67.
12. Sato M., Suzuki S., Senoo H. Hepatic stellate cells: Unique characteristics in cell biology and phenotype // Cell Struct. Funct. – 2003. – Vol. 28. – P. 105–112.
13. Schuppan D., Afdhal N.H. Liver cirrhosis // Lancet. – 2008. – Vol. 371. – P. 838–851.
14. Senoo H. Structure and function of hepatic stellate cells // Med. Electron. Microsc. – 2004. – Vol. 37. – P. 3–15.
15. Xu L., Hui A.Y., Albanis E. Human hepatic stellate cell lines, LX-1 and LX-2: new tools for analysis of hepatic fibrosis // Gut. – 2005. – Vol. 54, № 1. – Р. 142–151.

Звездчатые клетки печени (жиронакапливающие клетки, липоциты печени, или клетки Ито), локализующиеся в пространствах Диссе и содержащие ретиноиды, привлекают внимание исследователей - гистологов, физиологов, гепатологов на протяжении более 130 лет, но лишь в последние годы, после значительного прогресса методов структурного исследования, появились доказательства их роли в фиброгенных процессах печени [1, 3, 4, 6, 7, 12, 14].

В настоящее время функции звездчатых клеток печени связывают не только с поражением печени, но и с развитием, регенерацией печени, реакцией на воздействия ксенобиотиков и иммунорегуляцией. Разрабатываются аспекты необходимого участия звездчатых клеток печени в пролиферации и дифференцировке стволовых клеток печени [15]. Звездчатые клетки рассматриваются как необходимое звено в пространстве Диссе, участвующее в тонкой регуляции аутокринных и паракринных стимулов, в быстром ответе на изменения компонентов экстрацеллюлярного матрикса и адекватном реагировании на метаболические потребности, возникающие в онтогенезе. Более того, жизненно важная функция поддержания системного гомеостаза связана с депонированием и мобилизацией ретиноидов, их способностью презентации антигенов и индукции толерантности, так же как с определенными взаимоотношениями с потомками костномозговых клеток [9]. Интерес к этому типу клеток неуклонно возрастает, с ними связаны определенные надежды более глубокого понимания физиологии печени, а также диагностики и лечения патологических процессов [5, 10, 11].

Цель работы - исследование количественно-качественных изменений популяции звездчатых клеток печени крыс Вистар в онтогенезе.

Материал и методы исследования

Проведен сравнительный анализ популяции звездчатых клеток печени у 38 крыс-самцов Вистар массой тела от 110 до 480 г 4-х возрастных групп: 4, 9, 12 и 24 мес. (10, 10, 9 и 9 животных соответственно). На всех этапах были учтены Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных (Приказ МЗ СССР № 755 от 12.08.1977).

Образцы печени фиксировали в 4 %-м растворе параформальдегида, приготовленном на фосфатном буфере Миллонига (рН 7,2-7,4); парафиновые срезы окрашивали гематоксилином и эозином в комбинации с реакцией Перлса, по ван Гизону с докраской эластических волокон резорцин-фуксином Вейгерта, ставили ШИК-реакцию. Полутонкие срезы окрашивали реактивом Шиффа и азуром II. Исследование проводили в универсальном микроскопе Leica DM 4000B (Германия). Ультратонкие срезы, контрастированные уранилацетатом и цитратом свинца, исследовали в электронном микроскопе «JEM 1010» при ускоряющем напряжении 80 кВт.

Стереологический анализ образцов печени проводили на электронограммах с использованием методов, основанных на подсчете числа пересечений тестовой линии с ее границами [2]. Ультраструктурный стереологический анализ включал определение поверхностной плотности цитоплазматических органелл звездчатых клеток. Тестовая система состояла из циклоидов суммарной длиной 45 мкм и 70 тестовых точек [8]. При статистической обработке данных применяли критерий Стьюдента; различия сравниваемых параметров считали значимыми, если вероятность ошибки P была меньше 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

В образцах печени звездчатые клетки были хорошо видны лишь на полутонких и ультратонких срезах и дифференцировались в пространствах Диссе по наличию в цитоплазме крупных липидных капель. При электронно-микроскопическом исследовании печени 4-месячных крыс Вистар звездчатые клетки содержали немногочисленные крупные электронно-прозрачные или умеренно осмиофильные липидные капли, вместе с округлым эухромным ядром занимающие почти всю цитоплазму. Перинуклеарно, между липидными капелями, локализовалось минимальное количество мембранных органелл - одиночные мелкие митохондрии с плотным матриксом и редкими кристами и короткие профили гранулярной цитоплазматической сети.

В ультраструктурной организации гепатоцитов крыс данной возрастной группы обращало на себя внимание множество розеток гликогена. Среди цитоплазматических органелл наиболее многочисленны митохондрии, компактно группирующиеся в различных участках цитоплазмы, характеризующиеся большим числом, мелкими размерами и достаточно осмиофильным матриксом, что свидетельствовало в пользу пролиферации митохондрий. В гепатоцитах слабо представлены элементы гранулярной цитоплазматической сети, преобладали свободные рибосомы и полисомы, значительно гиперплазированы микроворсинки синусоидального полюса. В целом, комплекс ультраструктурных особенностей соответствовал ювенильному фенотипу.

В печени крыс в возрасте 9 и 12 мес. сохранялось большое содержание гликогена, нарастающее в порто-центральном направлении, при этом отмечены различной степени выраженности эозинофилия цитоплазмы части гепатоцитов и умеренная мононуклеарная инфильтрация портальных трактов. На полутонких срезах обнаружена очаговая метахромазия межклеточного матрикса, отражающая ремоделирование соединительной ткани в динамике онтогенеза.

У крыс Вистар в возрастной группе 9 мес. наиболее четко выявлялся зональный полиморфизм звездчатых клеток. Он выражался в наибольшей численной плотности липоцитов в перипортальной зоне печеночной дольки с постепенным ее уменьшением и почти полным отсутствием в перицентральных зонах. При электронно-микроскопическом исследовании центролобулярные и перицентральные звездчатые клетки содержали очень мелкие немногочисленные липидные включения, иногда с признаками деградации. Вокруг центральных вен выявлялись лишь фибробластоподобные клетки, своим ультраструктурным фенотипом не отличающиеся от клеток, продуцирующих компоненты внеклеточного матрикса непосредственно в стенке центральных вен.

В возрасте 12 мес. приблизительно четверть центролобулярной популяции звездчатых клеток печени приобретала переходный фенотип с увеличением площади цитоплазмы и одновременным присутствием и крупных липидных включений, и более развитого белоксинтезирующего компартмента. Деградация липидных капель осуществлялась путем формирования аутофагосом с последующей элиминацией экзоцитозом. Перинуклеарно локализовались канальцы гранулярной цитоплазматической сети и приуроченные к ним мелкие митохондрии, в ядрах формировались крупные ядрышки, что свидетельствовало об индукции синтеза компонентов экстрацеллюлярного матрикса, ремоделирующих пространства Диссе.

В данной возрастной группе при электронно-микроскопическом исследовании выявлены признаки дегенеративно-дистрофических процессов в паренхиматозных клетках печени: многочисленные гранулы липофусцина (маркер гипоксии и/или старения клеток), гетерогенные лизосомы и полиморфные резидуальные тельца. Митохондрии были многочисленны, но приобретали более крупные размеры и полиморфизм; матрикс митохондрий менее осмиофилен; кристы редкие, очень тонкие, хаотично ориентированные. Отмечалась гетерогенность гепатоцитов по наличию фокусов внутриклеточной регенерации (скоплений параллельных профилей гранулярной цитоплазматической сети в ассоциации с митохондриями).

Печень крыс в возрасте 24 мес. характеризовалась умеренно выраженной дискомплексацией печеночных трабекул и полиморфизмом паренхиматозных клеток: неравномерным включением гликогена в пределах долек, ацидофильной и липидной дегенерацией перипортальных и перицентральных гепатоцитов, опустошенностью цитоплазмы части гепатоцитов. Наблюдались фиброз центральных вен и неравномерное расширение преимущественно перицентральных синусоидов.

При ультраструктурном исследовании выявлено ремоделирование пространств Диссе с очаговым развитием перигепатоцеллюлярного фиброза - с коллагеновыми фибриллами, локализованными также вдоль латеральных полюсов гепатоцитов. Возрастающее количество фибриллярных структур обусловливало формирование базальной мембраны эндотелиоцитов («капилляризацию» синусоидов) с изменением фенотипа микрососудистой выстилки: эндотелиальные клетки утрачивали фенестры и содержали лишь единичные пиноцитозные везикулы.

Звездчатые клетки печени у крыс в возрасте 24 мес. характеризовались значительной гетерогенностью ультраструктурной организации: среди них липидосодержащие и фиброгенные клетки, при этом большинство популяции звездчатых клеток имело переходный фенотип. Наряду с крупными липидными каплями видны свободные рибосомы и мембранные органеллы - митохондрии, элементы гранулярной и гладкой цитоплазматической сети, везикулы комплекса Гольджи, а также резидуальные структуры, отражающие процесс фокальной внутриклеточной деградации. Отмечено появление двуядерных звездчатых клеток.

В паренхиматозных клетках печени крыс в возрасте 24 мес. обнаруживалась полиморфная липидная инфильтрация, сниженное содержание гликогена, формирование аутофагосом и многочисленных резидуальных телец. Митохондрии уменьшены в количестве, крупные, с единичными кристами и гомогенным, умеренно электронно-плотным матриксом, с мелкими осмиофильными гранулами, патогномоничными для гипоксии и интоксикаций различного генеза.

Стереологический анализ ультраструктурной организации звездчатых клеток печени крыс в онтогенезе продемонстрировал уменьшение поверхностной плотности липидных включений, имеющее достоверные отличия (р < 0,05) в возрасте 24 мес.: 4 мес. - 376,8 ± 21,2 м2/см3; 9 мес. - 396,8 ± 11,6; 12 мес. - 286,3 ± 13,5 и 24 мес. - 243,3 ± 12,7 м2/см3. Соответствующие четырем возрастным группам показатели поверхностной плотности профилей гранулярной цитоплазматической сети звездчатых клеток печени демонстрировали неуклонный рост: 28,1 ± 4,3; 32,4 ± 5,1; 38,9 ± 6,2 и 52,7 ± 4,9 м2/см3. Таким образом, в динамике онтогенеза в звездчатых клетках печени выявлены ультраструктурные стереологические маркеры индукции белоксинтезирующей функции, обратно коррелирующие с выраженностью функции депонирования ретиноидов, оцениваемой по поверхностной плотности липидных капель. Это свидетельствует о том, что в динамике онтогенеза при снижении энергетического потенциала гепатоцитов у крыс в возрасте 24 мес. синхронно индуцируется фиброгенная трансформация звездчатых клеток печени, обусловливающая инволютивные изменения и фиброзную трансформацию печени.

Нарушения функций митохондрий играют ключевую роль в старении клеток; в процессе онтогенеза в клетках изменяется как относительное количество митохондрий, так и их качество, определяемое, прежде всего, их способностью продуцировать АТФ. Следствием окислительного стресса являются угнетение дыхания, имеющее структурное выражение в набухании митохондрий. Повреждение митохондриальных крист, характерное для «старых» митохондрий, может быть ответственным за снижение трансмембранного потенциала [13]. Можно полагать, что нарастающее нарушение функций митохондрий гепатоцитов ведет к развитию дефицита энергии, в условиях которого баланс в «системе про- и антиоксиданты» в тканях крыс сдвигается в пользу первых, и развивается окислительный стресс, являющийся индуктором фиброгенной активности звездчатых клеток печени. В целом, альтерация гепатоцитов в связи с нарастающим в онтогенезе развитием окислительного стресса является одним из факторов индукции фиброгенной активации звездчатых клеток печени.

Заключение

В онтогенезе крыс Вистар центральным событием ремоделирования пространств Диссе является активация звездчатых клеток печени, превращение их из липоцитов, накапливающих витамин А, в фиброгенные клетки. Липидонакапливающие звездчатые клетки характеризуются выраженным полиморфизмом по размерам, форме, количеству липидных капель и их тинкториальным свойствам.

В онтогенезе у крыс при постепенном развитии внутридолькового фиброза ультраструктура звездчатых клеток печени приобретала смешанный, или переходный, фенотип - одновременное присутствие морфологических признаков и липидосодержащей, и фибробластоподобной клетки. В переходных звездчатых клетках при сохранении одиночных липидных капель увеличивался объем цитоплазмы и активизировалась белоксинтезирующая функция с увеличением количества свободных рибосом, полисом и канальцев гранулярной цитоплазматической сети. Деградация липидных капель осуществлялась путем формирования аутофагосом.

В динамике онтогенеза у крыс Вистар в звездчатых клетках выявлены ультраструктурные стереологические маркеры индукции белоксинтезирующей функции, обратно коррелирующие с выраженностью функции депонирования ретиноидов, оцениваемой по поверхностной плотности липидных капель. Прогрессирующие дисфункции митохондрий гепатоцитов и более выраженная фиброгенная активность звездчатых клеток являются ключевыми факторами фиброза печени у крыс в возрасте 24 мес.

Рецензенты:

Богатова Н.П., д.б.н., профессор, зав. лабораторией ультраструктурных исследований НИИ института клинической и экспериментальной лимфологии Сибирского отделения РАМЕ, г. Новосибирск;

Вавилин В.А., д.м.н., профессор, зав. лабораторией метаболизма лекарств НИИ молекулярной биологии и биофизики, г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 19.09.2011.


Библиографическая ссылка

Капустина В.И., Постникова О.А., Айдагулова С.В. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ И СТЕРЕОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОПУЛЯЦИИ ЗВЕЗДЧАТЫХ КЛЕТОК ПЕЧЕНИ В ОНТОГЕНЕЗЕ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 11-1. – С. 170-173;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28968 (дата обращения: 21.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074