Гистогенез и регенерация мышечных волокон

Вопрос развития тканей в онтогенезе или восстановления тканей в процессе развития или повреждения – важнейший вопрос гистологии конкретной ткани, в том числе и мышечной

Понятие камбий пришло в гистологию из ботаники и крупнейшим специалистом в вопросе определения понятия камбиальности тканей был акад А.А.Заварзин

« камбиальнгые клетки – это клетки в составе дефинитивных тканей, сохранившие потенции к размножению и дифференцировке, в том числе и к дивергентной, но в пределах определенного тканевого типа»

Миогенез соматической мышечной ткани

Большой вклад в изучение миогенезе внесли работы отечественных гистологов: Н.Г. Хлопина, А.А.Заварзина, П.П.Румянцева, А.А.Клишова, Р.К.Данилова и др.)

Выделяют несколько стадий миогистогенеза:

- миобластическую (клеточную)

- миосимпластическую

- стадия миотуб (мышечные трубочки, миотубулы)

- молодые и зрелые мышечные волокна

Поперечно- полосатая мускулатура образуется из миогенных стволовых клеток мезенхимного происхождения.

Однако пути развития клеточной и симпластической популяций в процессе развития мышечных волокон различен.

Клеточный компонент – миосаттелиты – одноядерные малодифференцированные клетки, расположенные под базальной мембраной мышечного волокна, способные к митозу и участвующие в обновлении волокна и их новообразовании при регенерации путем их слияния с волокнами на разных стадиях гистогенеза.

Выделяют два типа милосаттелитов

1- тип – более дифференцированные клетки с активным ядром, узким ободком ципоплазмы

2 – тип –коммитированные полустволовые клетки (промиобласты). Именно эта популяция миосаттелитов и является источником обоих компонентов мышечного волокна и составляют пролиферативный пул волокна.

Проимиобласты формируют клоны первых терминально дифференцированных клеток –инициальных миобластов, которые становятся центрами формирования первых миосимпластов. Неспособные к м итозу инициальные миобласты легко сливаются друг с другом и образуют сначала симпласты, затем миотубы, затем волокно.

С появлением первых симпластов и миотуб, вблизи них появляются одноядерные клетки, представленные другим клоном проимиобластов, направленным на формирование клеток – саттелитов

Так образуется ПЕРВАЯ ГЕНЕРАЦИЯ мышечных волокон, сформированная при участии инициальных миобластов. Они

Одновременно начинает формироваться ВТОРАЯ ГЕНЕРАЦИЯ волокон из проомиоцитов. Они находились в состоянии пролиферативного покоя (стадия G0). Они проникают между соседними первичными миотубами, сливаются, удлиняются и образуют вторичные миотубы.

Первоначально миотубы располагаются в виде пучков. Окруженных общей соединительно тканной оболочкой. Далее происходит разделение миосимпластов и каждый из них покрывается базальной мембраной и эндомизием. Тогда же появляются первые синапсы.

Возникновение контактов с моторными нейронами является критическим этапом миогенеза. После этого наступает этап

Вторичная генерация миотуб отделяется при этом от первичной, образуя самостоятельные единицы сокращения – мышечные волокна.

Утановлено, что первичная генерация миосимпластов образует медленные мышечные волокна, тогда как втоичные – быстрые мышечные волокна. Они, как отмечалось выше, значительно отличаются друг от друга по ряду параметров ( см. табл. ХХ).

В результате эмбрионального миогистогенеза из стволовых клеток миотома сегментированной мезодермы путем дивергентной дифференцировки развиваются два взаимодействующих между собой дифферона: камбиальный и симпластический, которые формируются параллельно и определяют в постнатальном периоде репаративные свойства

Первый дифферон представлен миосателлитоцитами, впервые описанными A. Mauro (1961), развивающимися из промиоцитов, локализуюется между базальной пластинкой и сарколеммой мышечных волокон и является морфофункциональной основой камбиального резерва тканевой системы скелетной мышцы. В постнатальном периоде активная пролиферация миосателлитоцитов определяется уже к третьему дню после повреждения ткани. После серии митозов в посттравматическом рабдомиогенезе из них формируется популяция миобластов, которые, сливаясь, образуют новые мышечные симпласты..

Симпластический дифферон также участвует в репаративной регенерации: вблизи линии разрыва волокна делятся ядра, симпласты колбообразно утолщаются с формированием «мышечных почек», растущих по направлению друг к другу с тенденцией к слиянию [ Однако вопрос о механизмах репаративной регенерации мышечных симпластов до настоящего времени остается дискуссионным. Это связано с появлением данных о возможности реализации репаративного процесса за счет клеток, образующихся посредством отделения ядросодержащей части симпластов.

Авторы с использованием биолюминисцентного метода привели доказательства, позволяющие предположить, что гетерогенная популяция сателлитоцитов включает истинно стволовые клетки, способные к долгосрочной пролиферации и дифференцировке в миогенном направлении. Разработка высокоселективных методов их получения может послужить основой для дальнейшего применения в рамках клеточной терапии для лечения пациентов с повреждениями мышечной системы.

[2].

Регенерация скелетных мышц

Источником регенерации мышечного волокна как в случае физиологической, так и репаративной регенерации служат миосаттелиты.

Условиями регенерации мышц являются:

- натяжение, уставновление связей со скелетом посредством связок и сухожилий

- восстановление кровоснабжения

- установление нервной связи

Стимулом к вступлению миосаттелитов в цикл размножения и дифференцировки являются митогены, комплекс биологически активных веществ, находящихся в цитоплазме мышечного волокна, а также нейротрофические субстанции, выделяемые из нервноых окончаний проросших к формирующейся новой миотубе аксонов. ( если к моменту образования миотуб не образуется контакта с нервными волокнами – процесс регенерации останавливается и происходит распад мышечного волокна).

Атрофия мышечных волокон – возникающей вследствие гипокинезии, голодания или деиннервации – мышечные волокна истончаются, исчезает поперечная исчерченность, расщепляются мышечные волокна. Эндомизий разрастается, происходит замещение мышечной массы жировой тканью.

Есть наследственно обусловленные миоатрофии: амиотрофический латеральный склероз, злокачественна миастения.

Дистрофия –повреждается не вся мышца, а только ее часть. Возможна компенсация поврежденной ткани путем регенерации. Примером мышечной дистрофии (наследственной) – является мышечная дистофия Дюшена.

Некроз мышц –гибель мышечной ткани в результате прекращения кровоснабжения (инфаркт мышц), либо в результате ранения. Некроз часто сопровождается жировой дистофией или липоматозом – отложением жира в самой мышечной ткани.

Гипертрофия –наблюдается при тренировках, других нагрузках. Важно отметить, что при длительных тренировках, их резкое прекращение может привести к атрофическим изменениям в мышцах.

Регенерация скелетных мышц имеет важное клиническое значение при мышечных дистрофиях и различных травмах, и зависит от камбиального резерва, формируемого клетками-миосателлитами. Как формирующие скелетное мышечное волокно миобласты, так и клетки-миосателлиты образуются из единых мышечных предшественников с высоким пролиферативным потенциалом [2]. После завершения формирования мышечного волокна во время эмбрионального развития скелетной мышцы клетки-миосателлиты располагаются вне многоядерного волокна и остаются пролиферативно-неактивными. Выживание и распространение этих клеток основано на экспрессии транскрипционного фактора Pax7

Было показано, что в покоящихся клетках-миосателлитах наблюдается постоянная экспрессия Pax7

В опытах, проведенных в лаб эмбриологии Института Карнеги (США) было показано, что после травмы, вызванной кардиотоксином, у гетерозиготных по аллельным вариантам гена Pax7 (Pax7^+/СЕ) мышей на 60-90 сутки после рождения все мышечные волокна, полученные в результате регенерации, оказались β-гал+. Это показывает, что основным источником регенерирующих волокон являются потомки клеток, экспрессирующих Pax7. Оказалось неожиданным, что и у мышей с полностью выключенным геном Pax7 миофибриллы регенерировали, причем в волокнах не было обнаружено ни мРНК Pax7, ни самого белка Pax7. Таким образом, функциональный белок Pax7 не требуется для регенерации скелетных мышц после травмы во взрослом возрасте.

У мутантов Pax7-/- в зародышевой линии, напротив, после травмы регенерировали лишь редкие тонкие волокна.

В результате оказалось, что регенерация мышечных фибрилл перестает быть зависимой от клеток-потомков Pax7⁺ предшественников после 21 суток постнатального развития. Именно на этом сроке развития завершается формирование «архитектурного облика» мышечного волокна, распределяются ядра, и обособляются молчащие клетки-миосателлиты

Результатами своего исследования авторы считают, в первую очередь, открытие факта, что белок Pax7 функционально не только координирует выживание и пролиферацию клеток-миосателлитов, но и предотвращает их дифференцировку и слияние в мышечное волокно, сохраняя потенциал к регенерации у клеток-миосателлитов. Также был определен критический период зависимости от Pax7 во время перехода от миосателлитоцитов к состоянию стволовых клеток, обеспечивающих скелетным мышцам способность к регенерации. Этот период у мышей заканчивается на 21 сутки после рождения. Показана неотъемлемая роль Pax3 и Pax7 для эмбриональных мышечных предшественников, и роль только одного Pax7 для перинатальных. Совершенно неожиданно оказалось, что взрослые клетки-сателлиты не нуждаются ни в Pax3, ни в Pax7 для осуществления процессов мышечной регенерации.

Авторы серьезно пошатнули господствующую концепцию о том, что «регенерация повторяет развитие». Изменения в генетической программе мышечных стволовых клеток при переходе от эмбриональной стадии к ювенильной и далее к стадии взрослого организма подталкивает к осторожности в применении знаний, полученных при эмбриональных исследованиях, к биологии стволовых клеток взрослых. Зависимые от возраста изменения в свойствах стволовых клеток убеждают в необходимости тщательного анализа возраста клеточного материала, используемого при трансплантациях в регенеративной медицине.