Морфофункциональные особенности тучных клеток в органах пищеварительной системы монгольских песчанок после космического полёта

(4).983

Увеличение продолжительности орбитальных полётов ставит перед современной пилотируемой космонавтикой серьёзные задачи по сохранению здоровья экипажей Международной космической станции при ведении профессиональ- ной деятельности [1–3]. С точки зрения медикобиологических проблем космических полётов важнейшей задачей является изучение и понимание механизмов биологических эффектов невесомости и других факторов космического полёта, определяющих уровень адаптации орга- низма к экстремальным условиям существования. Важное место в этом процессе занимает желудочно-кишечный тракт, что подтверждено многочисленными работами [4–6]. Эксперименты на животных в условиях космического полёта, а также при моделировании физиологических эффектов невесомости в наземных условиях, позволили сформулировать основополагающие механизмы развития адаптивных изменений во время орбитального полёта [7].

Интерес исследователей к биологии тучных клеток (ТК) постоянно растёт в связи с открытием новых механизмов их регуляторного влияния на состояние клеточного микроокружения как при развитии адаптивных процессов в норме, так и в генезе ряда патологических состояний. Учитывая потенциальные возможности ТК в регуляции местного гомеостаза, возрастает актуальность рассмотрения их популяции в качестве фармакологической мишени для совершенствования профилактических мероприятий по коррекции деятельности органов пищеварительного тракта космонавтов на борту орбитальных станций.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: изучение морфофункциональных особенностей тучных клеток в органах пищеварительной системы монгольских песчанок после орбитального полёта.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа выполнена в рамках Федеральной космической программы России на 2005–2015 гг. и программы фундаментальных космических исследований Российской академии наук. Эксперимент на монгольских песчанках Meriones un-guiculatus (самцах) был реализован в научноисследовательском проекте космического аппарата «Фотон-М» №3, полёт которого состоялся с 14 по 26 сентября 2007 г. [8, 9]. Биоматериал получен в ФГБУН ГНЦ РФ Институте медикобиологических проблем РАН (Москва). Исследования, анализ и обработка материала выполнены в ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко» Минздрава России на базе НИИ эксперимен- тальной биологии и медицины и кафедры нормальной анатомии человека с 2007 по 2017 г. с соблюдением всех необходимых требований по гуманному обращению с животными в соответствии с решением Комиссии по биомедицинской этике ИМБП (протокол №206 от 07.10.2007 г.).

Дизайн эксперимента

Сформированы три группы животных для проведения эксперимента на борту КА «Фотон-М» №3:

• •    Полётная группа – животные, находившиеся в условиях невесомости.

• •    Группа синхронного наземного эксперимента – животные в макете полётной аппаратуры «Контур-Л» для моделирования некоторых условий космического эксперимента.

• •    Группа виварийного контроля – животные, содержавшиеся в стандартных условиях вивария.

Дополнительно проведён наземный эксперимент по моделированию физиологических эффектов невесомости, в котором животные находились в течение 12 суток в условиях антиорто-статического вывешивания по методике Ильина-Новикова в модификации Морей-Холтон с соответствующей виварийной группой контроля.

Гистологические и иммуногистохимические методы

Использованы следующие методы идентификации тучных клеток:

• •    Окрашивание толуидиновым синим.

• •    Определение ферментативной активности хлорацетатэстеразы.

• •    Иммуногистохимическое     окрашивание

триптазы.

• •    Иммуногистохимическое выявление химазы.

• •    Множественное иммуномаркирование при идентификации протеаз.

• •    Иммуногистохимическое окрашивание рецептора фактора роста тучных и стволовых клеток c-Kit (CD117).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Виварийная контрольная группа

Группа животных	Субпопуляция	Методика идентификации ТК
		Мета-хромазия	Хлорацетил эстераза	Триптаза	Химаза	CD117
Эксперимент «Роденция»
Виварный контроль	МТК	5,6 [5,1; 6,2]	1,1 [1,0; 1,2]	4,4 [4,1; 4,7]	Единичные	1,8 [1,6; 2,1]
	СТТК	2,6 [2,3; 2,9]	2,3 [2,1; 2,5]	1,5 [1,3; 1,7]	1,1 [0,9; 1,3]	0,8 [0,7; 0,9]
Синхронный эксперимент	МТК	6,4 [6,0; 6,8] p i >0,05	1,2 [0,9; 1,5] p 1 >0,05	4,3 [4,0; 4,6] p 1 >0,05	Единичные	2,2 [1,9; 2,5] p 1 >0,05
	СТТК	2,5 [2,3; 2,7] p i >0,05	2,4[2,2; 2,6] p 1 >0,05	1,4 [1,3; 1,5] p 1 >0,05	1,3 [1,2; 1,4] p 1 >0,05	0,9 [0,8; 1,1] p 1 >0,05
Космический полет	МТК	2,8 [2,5; 3,1] p i <0,01; p 2 <0,01	1,8 [1,6; 2,0] p 1 <0,01; p 2 <0,01	2,6 [2,4; 2,8] p 1 <0,01; p 2 <0,01	1,2 [1,1; 1,3] p 1 <0,01; p 2 <0,01	2,4[2,1; 2,7] p 1 <0,01
	СТТК	1,3 [1,2; 1,4] p 1 <0,01; p 2 <0,01	1,1 [1,0; 1,2] p 1 <0,01; p 2 <0,01	1,4 [1,2; 1,6] p 1 >0,05; p 2 >0,05	1,5 [1,4; 1,6] p 1 <0,01; p 2 <0,01	1,4 [1,2; 1,6] p 1 <0,01; p 2 <0,01
Моделирование физиологических эффектов невесомости
Виварный контроль	МТК	5,2 [4,6; 5,8]	1,3 [1,2; 1,4]	4,1 [3,4; 4,8]	Единичные	1,5 [1,3; 1,7]
	СТТК	2,7 [2,4; 3,0]	2,5 [2,3; 2,7]	1,4 [1,3; 1,5]	1,2 [1,1; 1,3]	0,9 [0,8; 1,1]
Антиортостатическое вывешивание	МТК	7,3 [6,9; 7,7] p 1 <0,01	2,2 [2,1; 2,3] p 1 <0,01	4,8 [4,4; 5,2] p 1 >0,05	0,3 [0,2; 0,4] p 1 <0,01	2,6 [2,3; 2,9] p 1 <0,01
	СТТК	3,4 [3,2; 3,6] p 1 <0,01	2,3 [2,1; 2,5] p 1 >0,05	1,7 [1,5; 1,9] p 1 >0,05	1,4 [1,3; 1,5] p 1 >0,05	1,5 [1,3; 1,7] p 1 <0,01

Условные обозначения и сокращения: МТК - мукозная субпопуляция тучных клеток слизистой оболочки; СТТК - соединительнотканная субпопуляция тучных клеток, локализованная в подслизистой, мышечной и серозной оболочках; p i - по сравнению с виварным контролем, р 2 - по сравнению с синхронным экспериментом.

Синхронный эксперимент

В рамках эксперимента заметно усилились процессы высвобождения биоактивных веществ, что отразилось снижением доли недегранулиро-ванных ТК в слизистой оболочке и увеличением числа клеток, находящихся в стадии активного экзоцитоза и распада гранул (рис. 4). Увеличилось образование множественных кластеров из ТК, представленных клетками с разными уровнями морфологической зрелости и функциональной активности. Повысился процент клеток с гамма-метахромазией.

Космический полёт

Одновременно увеличилась численность хло-рацетатэстераза-позитивных ТК, химаза-позитивных ТК и клеток, маркируемых CD117+ (табл. 1). Важно отметить, что повышение численности ТК, содержащих хлорацетатэстеразу и химазу, проявлялось статистически значимо как в абсолютных показателях, так и в относительных, по сравнению с условиями синхронного эксперимента.

Изменение профилей экспрессии протеаз отражает увеличение продукции химазы после космического полёта, особенно ярко выраженное в слизистой оболочке (рис. 3). Необходимо отметить заметное повышение числа ТК, экспрессирующих одновременно химазу и триптазу.

Активизация процессов секреции продуктов биосинтеза ТК по сравнению с уровнем животных синхронного эксперимента выражалась в сокращении численности недегранулированных форм и возрастании ТК в состоянии экзоцитоза и лизиса гранул. Усиливалась секреторная активность клеток с формированием макровезикул, которая обнаруживалась среди ТК соединительнотканной субпопуляции. Увеличивалось количество ТК с высокоразвитой гамма-метахромазией внутриклеточных структур.

Антиортостатическое вывешивание

Увеличивалось количество клеток, позитивных по хлорацетатэстеразе, в слизистой оболочке по сравнению с контролем (табл. 1). Возрастала численность ТК, содержащих химазу, в слизистой оболочке. Увеличение касалось также количества CD117+ ТК как в мукозной, так и в соединительнотканной субпопуляциях.

Протеазный анализ подтвердил усиление экспрессии химазы в обоих основных группах ТК - как в мукозной, так и в соединительнотканной субпопуляции (рис. 3). Особенно резкое увеличение концентрации химазы отмечено в собственной пластинке слизистой оболочки. Параллельно снизилась численность ТК, сохраняющих интактные гранулы (рис. 4).

"Слизистая"                   "Соединительнотканная"

■ Виварный контроль ■ Синхронный эксперимент ■ Космический полет

■ Недегранулированные ■ Экзоцитоз гранул «Грануло-лизис

■ Наличие макро-везикул ■ Цито-пласты

"Слизистая"                   "Соединительнотканная"

■ Виварный контроль ■ Антиортостатическое вывешивание

■ Недегранулированные ■ Экзоцитозгранул ■Грануло-лизис

■ Наличие макро-везикул ■Цито-пласты

ОБСУЖДЕНИЕ

Физиологическое воздействие факторов космического полёта и условия моделирования эффекта невесомости привели к следующим изменениям: несмотря на отсутствие роста абсолютного числа CD117-позитивных ТК на исследуемом участке, их относительный вклад в общую популяцию ТК увеличился статистически значимо. Это явление служит доказательством миграции ТК из кровеносных сосудов в подлежащую ткань органов ЖКТ под действием неблагоприятных факторов и невесомости.

Полученные данные свидетельствуют о продолжающейся активной репопуляции ТК в организме, пребывающем в условиях космического полёта. Вероятно, такая реакция обусловлена необходимостью восполнения запасов функциональных возможностей ТК, используемых организмом в стрессовых ситуациях.

Интересно отметить, что изменение численности CD117-позитивных ТК соответствует динамике численности клеток, положительных по хлорацетатэстеразе, что предполагает возможное накопление молодых клеток ТК в органах пищеварительной системы после завершения космического путешествия.

Вероятно, причиной подобного феномена стало зафиксированное нами увеличение экспрессии химазы, обусловленное образованием активной растворимой формы SCF (фактора стволовых клеток). Это вещество усиливает хемоаттрактантные свойства, способствует пролиферации и дифференцировке ТК [11].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

CD117 играет ключевую роль в стимулировании пролиферации клеток, повышении устойчивости к апоптозу, а также в процессах миграции и адгезии клеток. Исследование экспрессии CD117 у ТК выявляет его преимущественное присутствие в незрелых ТК, ещё не завершивших дифференцировку согласно особенностям своего микроокружения. CD117-позитивные клетки представляют собой свежие мигранты из кровотока, только начинающие колонизировать ткани конкретного органа. Такие клетки сохраняют потенциал для дальнейшей дифференцировки и приобретения свойств, соответствующих требованиям местной среды.

После космического полёта и наземного моделирования физиологических эффектов невесомости происходило изменение соотношения протеаз в тучных клетках органов пищеварительной системы монгольских песчанок, обусловленное усилением экспрессии химазы. Исследование показало тесную вовлечённость ТК органов желудочно-кишечного тракта в процессы адаптации к факторам космического полёта.