Диссертация (Экспериментальный анализ функциональной активности мезенхимных стволовых клеток различного тканевого происхождения), страница 3

Концентрация кислорода при культивировании в условия гипоксииварьирует в работах разных авторов (Grayson et. al., 2007; Буравкова и др.,2009), но все больше подтверждений получает мнение, что оптимальная длякультивирования МСК концентрация кислорода находится в пределах 4-7%(Буравкова и др., 2009; Fehrer et. al., 2007). Таким образом, культивированиеМСКватмосфереспониженнойконцентрациейкислородаможетрассматриваться как один из наиболее эффективных и простых подходов дляповышения и поддержания пролиферативной активности МСК in vitro, в томчисле, для последующего клинического применения (Haque et al., 2013).Поэтому анализ функциональной активности МСК в экспериментальныхсистемах in vitro также целесообразно проводить в условиях гипоксии.141.2. Иммунофенотипическая характеристика МСКАктивное изучение МСК, выделенных из различных источников, привело кнеобходимости более точного описания МСК по сравнению с использованиемтолько культуральных методов (морфология, способность к адгезии ккультуральномупластикуиколониеобразованию,дифференцировкавостеобласты, хондроциты и адипоциты).

Трудность идентификации МСК какотдельного типа клеток заключается в отсутствии на их поверхностиспецифичных маркеров, по которым можно было бы однозначно определитьМСК. Разными авторами был предложен достаточно большой списокантигенов для фенотипирования МСК (Mafi et al., 2011). Минимальный набормаркеров для идентификации МСК, составленный Международным обществомклеточной терапии, включает в себя следующие антигены:CD73, CD90 иCD105 а также отсутствие маркеров гемопоэтических клеток CD34, CD45,CD14 (Horwitz et al., 2005).CD73 является 5'-нуклеотидазой, которая катализирует преобразованиенуклеотидмонофосфатов в нуклеозиды. Кроме МСК, CD73 экспрессируется налимфоцитах,эндотелиальныхклетках,клеткахгладкоймускулатуры,эпителиальных клетках, и фибробластах (Airas, et al., 1997; Strohmeier et al.,1997; Hashikawa et al., 2003; Tamajusuku et al., 2006).

CD73 участвует врегуляции межклеточной адгезии, а также во взаимодействии с фибронектиноми ламинином (Stochaj et al., 1989).CD90, также известный как Thy1, является гликозилфосфатидилинозитолсвязывающим белком и вовлечен в регуляцию межклеточного взаимодействияи взаимодействия с матриксом (Leyton, 2013; Rege, Hagood, 2005). АктивацияCD90 влияет на процессы миграции (в том числе трансэндотелиальной)(Saalbach, et al., 2005), онкогенной трансформации (Liu et al., 2004),пролиферации (Hagood, et al., 2002) и апоптоза (Fujita, et al., 1996). Одной изосновных функций CD90 является участие в процессе активации Т-лимфоцитов(Haeryfar, Hoskin, 2004).

На поверхности МСК плотность CD90 является15максимальной, по сравнению с другими маркерами (Siegel et al., 2013). Ранееэкспрессия CD90 была описана для гематопоэтических стволовых клеток,лимфоцитов, фибробластов и нейронов (Craig et al., 1993; Rege, Hagood, 2006;Jurisic et al., 2010). Кроме того, высокий уровень экспрессии CD90 был показандля раковых стволовых клеток (Yang et al., 2008; He et al., 2012; Yan et al.,2013). Недавно на МСК жировой ткани мыши было показано, что клетки сболеевысокимспособностьюуровнемкэкспрессииколониеобразованиюCD90ихарактеризуютсяостеогеннойлучшейдифференцировке(Kawamoto et al., 2013).

Кроме того, существуют данные о корреляции междуиммуномодулирующей активностью МСК и уровнем экспрессии CD90 на ихповерхности (Campioni et al., 2009).CD105 (эндоглин) - это мембранный гликопротеин I типа, которыйфункционируетвкачестведополнительногорецепторадлялигандовсуперсемейства трансформирующего фактора роста бета (TGF-β), включаяTGF-β1 и TGF -β3, активин А и BMP7 (Cheifetz, et al., 1992; ten Dijke et al.,2008). CD105 участвует в регуляции миграции и процессах реорганизациицитоскелета.

Высокий уровень экспрессии CD105 наблюдается в местахвоспаления, в сосудах, окружающих опухоль, а также сопровождаетваскулогенез (Bernabeu et al., 2007). CD105 является одним из основныхпозитивных маркеров для идентификации МСК (Dominici et al., 2006). Однакопопуляции МСК могут быть гетерогенны по экспрессии данного маркера,причем уровень экспрессии CD105 коррелирует с их функциональнойактивностью (Rada et al., 2011; Aslan et al., 2006; Yu et al., 2010; Jiang et al.,2010; Levi et al., 2010). Ранее было показано, что доля CD105+ клеток вадгезионной фракции, полученной при выделении МСК, до 1 пассажа непревышает 61%, и повышается к 3 пассажу (Mitchell et al., 2006).

Anderson ссоавторами разделили МСК жировой ткани мыши на CD105+ и CD105- клетки,которые, по мнению авторов, являются отдельными субпопуляциями,обладающими различными свойствами. Для CD105- МСК была показана16лучшая дифференцировочная способность в адипогенном и остеогенномнаправлениях по сравнению с CD105+. Кроме того, CD105- МСК обладалиболее выраженным супрессорным действием на пролиферацию Т-лимфоцитовin vitro. При этом CD105- и CD105+ МСК характеризуются одинаковымпролиферативным потенциалом, способностью к колониеобразованию иуровнем экспрессии остальных поверхностных антигенов. Кроме того,длительное культивирование CD105+ клеток приводило к снижению егоэкспрессии, характерной и для всей популяции, в то время как CD105- МСК неменяли своего фенотипа и оставались CD105 - негативными.

Уровеньэкспрессии CD105 повышался при добавлении в культуральную среду TGF-β1,но только на CD105+ МСК (Anderson et al., 2013).CD44 является рецептором гиалуроновой кислоты и представляет из себяассоциированный с цитоскелетом (с белком анкирином) трансмембранныйгликопротеин молекулярной массой 80 - 95 кДа. CD44 экспрессируется наповерхности различных типов клеток, включая Т- и В-лимфоциты, моноциты,макрофаги,гранулоциты,фибробласты.CD44принимаетучастиевовзаимодействии клеток с межклеточным веществом, а также в активациилимфоцитов и их миграции в лимфоузлы (Aruffo, et al., 1990).

CD44 необходимдлявзаимодействияклетокстромыкостногомозга(т.е.МСК)спредшественниками В-клеток, что является обязательным условием созреванияпоследних. Экспрессия CD44 на поверхности МСК необходима для ихмиграции к месту повреждения (Herrera et al., 2007). В тоже время в первичнойкультуре МСК, полученной из костного мозга (как человека, так и мыши),присутствует популяция клеток, не экспрессирующих CD44, затем, в процессекультивирования, все клетки становятся CD44+ (Qian et al., 2012).НLA-I (MHC I) - лейкоцитарный антиген человека I класса (главныйкомплекс гистосовметимости). С помощью HLA-I осуществляется презентациябелковых фрагментов Т-цитотоксическим клеткам, которые осуществляютлизис эффекторной клетки при распознавании чужеродных антигенов.17Молекулы HLA также выступают в качестве лигандов для KIR (killer-cellimmunoglobulin-like receptors) на естественных киллерах (ЕK) (Farag et al.,2002). HLA-I необходимы для защиты клеток от лизиса естественнымикиллерами, одной из основных функций которых является разрушениеопухолевых клеток, у которых снижена или отсутствует экспрессия HLA-I(«положительное» распознавание) (Ruggeri et al., 2001).

Таким образом,уровень экспрессии HLA-I на поверхности МСК может быть существеннойхарактеристикой при их аллогенной трансплантации, значительно влияющейна иммуногенность и выживаемость МСК, а значит и на эффективностьклеточной терапии. Было показано, что МСК экспрессируют на своейповерхности HLA-I (Le Blanc et al., 2003). При этом в части работ упоминаетсяоб относительно низком уровне экспрессии HLA-I (Newman et al., 2009,Franquesa et al., 2012), однако прямых свидетельств этому утверждению неприводится.ВработеCropссоавторамибылоубедительнопродемонстрировано, что МСК характеризуются относительно высоким посравнению с другими типами клеток уровнем экспрессии мРНК HLA-I (Crop etal., 2010).

Уровень экспрессии HLA-I на МСК повышается в присутствии INFγ(Klyushnenkova et al., 2005; Isa et al., 2010; Crop et al., 2010).В качестве дополнительных маркеров для иммунофенотипирования МСКмогут быть использованы CD10 и CD13.CD 10 (неприлизин, нейтральная эндопептидаза) является цинк-зависимоймембрано-связанной металлопротеазой, которая расщепляет ряд гормоновпептиднойприроды,включаяглюкагон,энкефалин,субстанцииР,нейротензин, окситоцин и брадикинин.

CD10 участвует в регуляции рядафизиологических процессов, таких как миграция, клеточная адгезия, апоптоз ипролиферация. С одной стороны, CD10 обладает внеклеточной энзиматическойактивностью, на чем основано его ауто- и паракринное действие. С другойстороны, CD10 вовлечен в ряд внутриклеточных сигнальных путей. Вчастности, CD10 инактивирует провоспалительные пептиды, вовлеченные врегуляцию иммуннойсистемы и ассоциированные с аутоиммунными18заболеваниями. Например, CD10 гидролизует IL-1β, продукция которогоповышена у пациентов с остеоартритом и ревматоидным артритом (Karlsson etal., 2008). CD10 вовлечен в активацию опосредованной киназой фокальныхконтактов клеточной адгезии, ингибируя миграцию клеток, действуя при этомопосредовано и независимо от своей каталитической активности (Sumitomo etal., 2005).

На МСК жировой ткани было показано, что доля клеток,экспрессирующих CD10, сильно варьирует от образца к образцу и снижается впроцессе культивирования c 2 по 10 пассаж. По данным Siegel с соавторами,культуры МСК костного мозга гетерогенны по экспрессии данного маркера. Всреднем, на первом пассаже, доля CD10+ клеток составляла 84.2% ± 11.7%.При этом, авторы наблюдали прямую корреляцию между уровнем экспрессииCD10 и эффективностью адипогенной дифференцировки (Siegel et al., 2013).CD13 (аминопептидаза N) был первоначально идентифицирован в качествемаркера миелоидной лейкемии и нормальных гематопоэтических клетокмиелоидногопроисхождения(Mina-Osorio,2008).CD13являетсяэкзопептидазой и обеспечивает фермент-зависимое расщепление биологическиактивных пептидов (Gros et al., 1985) и высвобождение концевых аминокислот(McClellan, Garner, 1980), участвуя таким образом в реализации разнообразныхбиологических процессов.

CD13 может функционировать как рецептор длянекоторых вирусов (Yeager et al., 1992), в качестве молекулы адгезии (MinaOsorio et al., 2008) и регулятора ангиогенеза (Bhagwat et al., 2001). АктивацияCD13 индуцирует запуск сигнального пути, приводящего к реорганизациицитоскелета и усилению межклеточной адгезии, регулируя, таким образом,миграцию клеток (Mina-Osorio et al., 2008; Subramani et al., 2013). На МСКмыши было показано, что экспрессия CD13 или ее отсутствие не влияет напролиферативнуюспособностьклеток,атакжеихспособностьдифференцироваться в адипогенном и остеогенном направлениях. На моделитяжелой травматической ишемии конечностей авторы показали, что введениеМСК, не экспрессирующих CD13, не приводит к терапевтическому эффекту, вотличие от CD13+ МСК. Также in vitro было показано, что отсутствие19экспрессии CD13 негативно сказывается на способности МСК к адгезии кмолекуламвнеклеточногоматрикса,чтоопосредованоснижениемфосфорилирования киназы фокальных контактов (Rahman et al., 2013).В качестве негативных маркеров при иммунофенотипировании МСК такжепринятоиспользовать(трансмембранныйCD34сиуломуцин,экспрессирующийся на гемопоэтических стволовых клеток) CD45 (общийлейкоцитарный антиген, является основным гликопротеином мембранылимфоцитов),CD117(рецепторфакторастволовыхклетокSCF,экспрессируется на гематопоэтических стволовых клетках) и CD14 (маркёрмоноцитовимакрофагов).Приэтомнеобходимоучитывать,чтоиммунофенотип МСК in vivo и in vitro может значительно различаться (Lv etal., 2014).

Например, в ряде работ было показано, что в МСК жировой ткани докультивирования и на ранних пассажах существуют популяции CD34+ клеток.При дальнейшем субкультивировании доля таких клеток не превышает 2-4%(Gimble et al., 2007; Yoshimura et al., 2006;).Таким образом, культуры МСК могут быть геторогенны по экспрессии дажетехантигенов,которыеиммунофенотипирования.наиболееКромечастотого,используютсяважнойдляиххарактеристикойиммунофенотипа МСК является уровень экспрессии антигена, которыйопределяется по интенсивности флуоресценции клеток, его экспрессирующих.Уровень экспрессии служит отражением плотности изучаемого антигена наповерхности МСК и может быть связан с их функциональным состоянием ииметь существенное значение при терапевтическом применении.До сих пор не получено однозначного ответа на вопрос о сходстве илиразличии иммунофенотипа МСК, полученных из разных источников.