Эритропоэз

Эритропоэз (от греческого «erythro», означающего «красный», и «poiesis», «создавать») — это процесс производства красных кровяных телец (эритроцитов), который представляет собой развитие эритропоэтических стволовых клеток в зрелые эритроциты. ^[1]

Это стимулируется снижением содержания O ₂ в кровообращении, что обнаруживается почками , которые затем выделяют гормон эритропоэтин . ^[2] Этот гормон стимулирует пролиферацию и дифференцировку предшественников эритроцитов, что активирует усиление эритропоэза в кроветворных тканях, в конечном итоге продуцируя эритроциты (эритроциты). ^[2] У постнатальных птиц и млекопитающих (включая человека ) это обычно происходит в красном костном мозге . ^[2] У раннего плода эритропоэз происходит в мезодермальных клетках желточного мешка . К третьему-четвертому месяцу эритропоэз перемещается в печень. ^[3] Через семь месяцев в костном мозге возникает эритропоэз. Повышенный уровень физической активности может вызвать усиление эритропоэза. ^[4] Однако у людей с некоторыми заболеваниями и у некоторых животных эритропоэз происходит и вне костного мозга , в пределах селезенки или печени . Это называется экстрамедуллярным эритропоэзом .

Костный мозг практически всех костей производит эритроциты, пока человеку не исполнится около пяти лет . большеберцовая перестают и бедренная кость быть важными участками кроветворения Примерно к 25 годам ; позвонки таз , грудина , , и ребра а также кости черепа продолжают вырабатывать эритроциты на протяжении всей жизни. До 20 лет эритроциты вырабатываются из красного костного мозга всех костей (длинных костей и всех плоских костей). После 20 лет эритроциты образуются из перепончатых костей, таких как позвонки, грудина, ребра, лопатки и подвздошные кости. После 20 лет стержни длинных костей из-за отложения жира становятся желтыми костным мозгом и теряют эритропоэтическую функцию. ^[5]

Сравнение продукции эритроцитов линиями стволовых клеток костного мозга от старых и молодых взрослых доноров не выявило существенных различий. ^[6] Это открытие означает, что пролиферативная способность эритропоэтических стволовых клеток незначительна или вообще не исчерпывается в течение жизни нормального функционирования. ^[6]

Дифференциация эритроцитов

В процессе созревания эритроцитов клетка претерпевает ряд дифференцировок . происходят следующие стадии развития В костном мозге :

Гемоцитобласт становится , мультипотентная гемопоэтическая стволовая клетка ,
общий миелоидный предшественник или мультипотентная стволовая клетка , затем
унипотентная стволовая клетка, то
пронормобласт затем (также обычно называемый проэритробластом или рубрибластом),
базофильный или ранний нормобласт (также обычно называемый эритробластом), затем
полихроматофильный или промежуточный нормобласт, затем
ортохроматический или поздний нормобласт. На этом этапе ядро выбрасывается до того, как клетка становится
ретикулоцит . (Эти клетки все еще содержат РНК и их еще называют «незрелыми эритроцитами»).

Клетка высвобождается из костного мозга после стадии 7, поэтому во вновь циркулирующих эритроцитах содержится около 1% ретикулоцитов. Через один-два дня они в конечном итоге становятся «эритроцитами» или зрелыми эритроцитами.

Эти стадии соответствуют специфическому внешнему виду клетки при окрашивании красителем Райта и исследовании с помощью световой микроскопии, а также соответствуют другим биохимическим изменениям.

В процессе созревания базофильный пронормобласт преобразуется из клетки с крупным ядром объемом 900 фл в энуклеированный диск объемом 95 фл. На стадии ретикулоцита клетка уже выпустила свое ядро, но все еще способна вырабатывать гемоглобин.

Для созревания эритроцитов необходимы витамин B ₁₂ (кобаламин) и витамин B ₉ (фолат). Отсутствие того и другого вызывает нарушение созревания в процессе эритропоэза, что клинически проявляется ретикулоцитопенией – аномально низким количеством ретикулоцитов.

Характеристики эритроцитов во время эритропоэза

По мере взросления изменяются ряд характеристик эритроцитов:

Общий размер клетки-предшественника эритроида уменьшается, увеличивая соотношение цитоплазмы и ядра (C:N). Диаметр ядра уменьшается, и хроматин конденсируется, при этом реакция окрашивания меняется от пурпурно-красного до темно-синего на последней ядерной стадии ортохроматического эритробласта, перед выбросом ядра.
Цвет цитоплазмы меняется от синего на проэритробластной и базофильной стадиях до розовато-красного в результате увеличения экспрессии гемоглобина по мере развития клетки.
Ядро первоначально имеет большие размеры и содержит открытый хроматин . По мере созревания эритроцитов размер ядра уменьшается, пока оно окончательно не исчезает с конденсацией хроматинового материала. ^[7]

Механизм эритропоэза

Производство всех клеток крови начинается с гемоцитобласта, мультипотентной гемопоэтической стволовой клетки. Гемоцитобласты обладают наибольшей способностью к самообновлению среди всех взрослых клеток. Они находятся в костном мозге и при необходимости могут быть мобилизованы в циркулирующую кровь.Некоторые гемоцитобласты дифференцируются в общие миелоидные клетки-предшественники, которые в дальнейшем производят эритроциты, а также тучные клетки, мегакариоциты и миелобласты.Процесс, посредством которого общие миелоидные клетки-предшественники становятся полностью зрелыми эритроцитами, включает несколько стадий. Во-первых, они становятся нормобластами (эритробластами), которые обычно присутствуют только в костном мозге.Затем они теряют свое ядро, превращаясь в ретикулоциты, которые можно рассматривать как незрелые эритроциты. Некоторые из них попадают в периферическое кровообращение.Наконец, ретикулоциты теряют оставшиеся органеллы по мере того, как они созревают в эритроциты, которые представляют собой полностью зрелые эритроциты. Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет около 120 дней.Во время этого процесса созревания происходит экструзия ядра, то есть зрелые эритроциты не имеют ядра. Ядерные эритроциты, присутствующие в образце костного мозга, могут указывать на высвобождение неполностью развитых клеток. Это может произойти при таких патологиях, как талассемия, тяжелая анемия или злокачественные гематологические заболевания.

Регуляция эритропоэза

Петля обратной связи, включающая эритропоэтин, помогает регулировать процесс эритропоэза так, что в здоровых состояниях выработка эритроцитов равна разрушению эритроцитов, а количество эритроцитов достаточно для поддержания адекватного уровня кислорода в тканях, но не настолько высокий, чтобы вызвать слизь, тромбоз или инсульт . Эритропоэтин вырабатывается в почках и печени в ответ на низкий уровень кислорода. Кроме того, эритропоэтин связывается циркулирующими эритроцитами; низкие циркулирующие количества приводят к относительно высокому уровню несвязанного эритропоэтина, который стимулирует выработку в костном мозге.

Недавние исследования также показали, что пептидный гормон гепсидин может играть роль в регуляции выработки гемоглобина и, таким образом, влиять на эритропоэз. Печень вырабатывает гепсидин. Гепсидин контролирует всасывание железа в желудочно-кишечном тракте и высвобождение железа из ретикулоэндотелиальной ткани. Железо должно высвобождаться из макрофагов костного мозга, чтобы включиться в гемовую группу гемоглобина в эритроцитах. Существуют колониеобразующие единицы, которым следуют клетки во время своего формирования. Эти клетки называются коммитированными клетками, включая гранулоцитарно-моноцитарные колониеобразующие единицы.

Секреция гепсидина ингибируется другим гормоном, эритроферроном , вырабатываемым эритробластами в ответ на эритропоэтин и выявленным в 2014 году. ^[8]^[9] Похоже, что это связывает эритропоэтин-зависимый эритропоэз с мобилизацией железа, необходимой для синтеза гемоглобина.

Потеря функции рецептора эритропоэтина или JAK2 в клетках мышей вызывает сбой в эритропоэзе, поэтому нарушается производство эритроцитов у эмбрионов и рост. Если нет системного ингибирования по обратной связи, например, уменьшения или отсутствия супрессоров цитокиновых сигнальных белков, может возникнуть гигантизм , как показано на мышей . моделях ^[10]^[11]

Стрессовый эритропоэз

Помимо устойчивого состояния эритропоэза, острая анемия, вероятно, стимулирует еще одну реакцию, которая приводит к быстрому образованию новых эритроцитов. Это было изучено на крысах и происходит в печени посредством активации BMP4-зависимого пути стрессового эритропоэза. ^[12]

См. также

Анемия : состояние с аномально низким уровнем функционального гемоглобина.
Полицитемия : состояние с аномально высоким уровнем эритроцитов.
Дизеритропоэз : проблема с развитием эритроцитов.

Ссылки

^ Пелли, Джон В. (1 января 2007 г.). «Аминокислоты и метаболизм гема». Интегрированная биохимия Elsevier . стр. 97–105. дои : 10.1016/B978-0-323-03410-4.50018-3 . ISBN 9780323034104 . Эритропоэз
Синтез гема координируется с синтезом глобина во время эритропоэза и поэтому не происходит в зрелых эритроцитах. Эритропоэз – это развитие зрелых эритроцитов из эритропоэтических стволовых клеток. Первой морфологически распознаваемой клеткой эритроцитного пути является проэритробласт. В базофильном эритробласте ядро становится несколько меньше, приобретает более грубый вид, а цитоплазма становится более базофильной за счет присутствия рибосом. Когда клетка начинает вырабатывать гемоглобин, цитоплазма привлекает как основные, так и эозиновые красители и называется полихроматофильным эритробластом. По мере продолжения созревания ортохроматофильный эритробласт выдавливает свое ядро, и клетка попадает в кровоток как ретикулоцит. Когда ретикулоциты теряют свои полирибосомы, они становятся зрелыми эритроцитами.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Шервуд Л., Клансман Х., Янси П. Физиология животных , Брукс/Коул, Cengage Learning, 2005.
^ Палис Дж., Сигел ГБ (июнь 1998 г.). «Биология развития эритропоэза». Кровавый преподобный . 12 (2): 106–14. дои : 10.1016/S0268-960X(98)90022-4 . ПМИД 9661799 .
^ Ле, Тао; Бхушан, Викас; Васан, Нил (2010). Первая помощь для USMLE, шаг 1: Издание, посвященное 20-летнему юбилею 2010 г. США: The McGraw-Hill Companies, Inc., стр. 124 . ISBN 978-0-07-163340-6 .
^ Сембулингам, К.; Сембулингам, Према (30 сентября 2012 г.). Основы медицинской физиологии . JP Medical Ltd. с. 71. ИСБН 978-93-5025-936-8 .
^ Jump up to: ^а ^б Харрисон, Дэвид Э. (1979). «Пролиферативная способность линий эритропоэтических стволовых клеток и старение: обзор». Механизмы старения и развития . 9 (5–6): 409–426. дои : 10.1016/0047-6374(79)90082-4 . ПМИД 37376 . S2CID 31601624 .
^ Учебник физиологии доктора А.К. Джайна, переиздание 2006–2007 гг., 3-е издание.
^ Кури, MJ (13 января 2015 г.). «Эритроферрон: недостающее звено в регуляции железа» . Гематолог . Американское общество гематологии. Архивировано из оригинала 28 января 2019 г. Проверено 26 августа 2015 г.
^ Каутц Л., Юнг Г., Валоре Э.В., Ривелла С., Немет Э., Ганц Т. (июль 2014 г.). «Идентификация эритроферрона как эритроидного регулятора обмена железа» . Природная генетика . 46 (7): 678–84. дои : 10.1038/ng.2996 . ПМК 4104984 . ПМИД 24880340 .
^ Николя Г., Беннун М., Портеу А., Мативе С., Бомон С., Граншан Б., Сирито М., Савадого М., Кан А., Волон С. (апрель 2002 г.). «Тяжелая железодефицитная анемия у трансгенных мышей, экспрессирующих гепсидин в печени» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 99 (7): 4596–601. Бибкод : 2002PNAS...99.4596N . дои : 10.1073/pnas.072632499 . ПМЦ 123693 . ПМИД 11930010 .
^ Михаэль Фёллер; Стефан М. Хубер; Флориан Ланг (август 2008 г.). «Эритроцитная программируемая гибель клеток» . ИУБМБ Жизнь . 60 (10): 661–668. дои : 10.1002/iub.106 . ПМИД 18720418 . S2CID 41603762 . ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Полсон, Роберт Ф.; Ши, Лей; Ву, Дай-Чен (май 2011 г.). «Стрессовый эритропоэз: новые сигналы и новые клетки-предшественники стресса» . Современное мнение в гематологии . 18 (3): 139–145. дои : 10.1097/MOH.0b013e32834521c8 . ISSN 1065-6251 . ПМК 3099455 . ПМИД 21372709 .

Внешние ссылки

[ScienceDirect_2007_pp._97–105-1] Пелли, Джон В. (1 января 2007 г.). «Аминокислоты и метаболизм гема». Интегрированная биохимия Elsevier . стр. 97–105. дои : 10.1016/B978-0-323-03410-4.50018-3 . ISBN 9780323034104 . Эритропоэз
Синтез гема координируется с синтезом глобина во время эритропоэза и поэтому не происходит в зрелых эритроцитах. Эритропоэз – это развитие зрелых эритроцитов из эритропоэтических стволовых клеток. Первой морфологически распознаваемой клеткой эритроцитного пути является проэритробласт. В базофильном эритробласте ядро становится несколько меньше, приобретает более грубый вид, а цитоплазма становится более базофильной за счет присутствия рибосом. Когда клетка начинает вырабатывать гемоглобин, цитоплазма привлекает как основные, так и эозиновые красители и называется полихроматофильным эритробластом. По мере продолжения созревания ортохроматофильный эритробласт выдавливает свое ядро, и клетка попадает в кровоток как ретикулоцит. Когда ретикулоциты теряют свои полирибосомы, они становятся зрелыми эритроцитами.

[Sherwood_et_al_2005-2] Jump up to: ^а ^б ^с Шервуд Л., Клансман Х., Янси П. Физиология животных , Брукс/Коул, Cengage Learning, 2005.

[pmid9661799-3] Палис Дж., Сигел ГБ (июнь 1998 г.). «Биология развития эритропоэза». Кровавый преподобный . 12 (2): 106–14. дои : 10.1016/S0268-960X(98)90022-4 . ПМИД 9661799 .

[4] Ле, Тао; Бхушан, Викас; Васан, Нил (2010). Первая помощь для USMLE, шаг 1: Издание, посвященное 20-летнему юбилею 2010 г. США: The McGraw-Hill Companies, Inc., стр. 124 . ISBN 978-0-07-163340-6 .

[5] Сембулингам, К.; Сембулингам, Према (30 сентября 2012 г.). Основы медицинской физиологии . JP Medical Ltd. с. 71. ИСБН 978-93-5025-936-8 .

[Harrison1979-6] Jump up to: ^а ^б Харрисон, Дэвид Э. (1979). «Пролиферативная способность линий эритропоэтических стволовых клеток и старение: обзор». Механизмы старения и развития . 9 (5–6): 409–426. дои : 10.1016/0047-6374(79)90082-4 . ПМИД 37376 . S2CID 31601624 .

[7] Учебник физиологии доктора А.К. Джайна, переиздание 2006–2007 гг., 3-е издание.

[Koury_MJ.-8] Кури, MJ (13 января 2015 г.). «Эритроферрон: недостающее звено в регуляции железа» . Гематолог . Американское общество гематологии. Архивировано из оригинала 28 января 2019 г. Проверено 26 августа 2015 г.

[pmid24880340-9] Каутц Л., Юнг Г., Валоре Э.В., Ривелла С., Немет Э., Ганц Т. (июль 2014 г.). «Идентификация эритроферрона как эритроидного регулятора обмена железа» . Природная генетика . 46 (7): 678–84. дои : 10.1038/ng.2996 . ПМК 4104984 . ПМИД 24880340 .

[pmid11930010-10] Николя Г., Беннун М., Портеу А., Мативе С., Бомон С., Граншан Б., Сирито М., Савадого М., Кан А., Волон С. (апрель 2002 г.). «Тяжелая железодефицитная анемия у трансгенных мышей, экспрессирующих гепсидин в печени» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 99 (7): 4596–601. Бибкод : 2002PNAS...99.4596N . дои : 10.1073/pnas.072632499 . ПМЦ 123693 . ПМИД 11930010 .

[pmid18720418-11] Михаэль Фёллер; Стефан М. Хубер; Флориан Ланг (август 2008 г.). «Эритроцитная программируемая гибель клеток» . ИУБМБ Жизнь . 60 (10): 661–668. дои : 10.1002/iub.106 . ПМИД 18720418 . S2CID 41603762 . ^{[ мертвая ссылка ]}

[12] Полсон, Роберт Ф.; Ши, Лей; Ву, Дай-Чен (май 2011 г.). «Стрессовый эритропоэз: новые сигналы и новые клетки-предшественники стресса» . Современное мнение в гематологии . 18 (3): 139–145. дои : 10.1097/MOH.0b013e32834521c8 . ISSN 1065-6251 . ПМК 3099455 . ПМИД 21372709 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]