Типы клеточной гибели в организме

Повреждение клетки может привести к ее гибели. Выделяют естественную (запрограммированную) – апоптоз и насильственную (от повреждений) клеточную гибель – некроз.

В развитии некробиоза, а в последующем некроза, имеют особое значение гипоксическое повреждение клетки, механизм которого запускается любыми воздействиями, вызывающими кислородное голодание, и свободно-радикальное повреждение, при котором клетка может подвергаться разрушению без первичной гипоксии, иногда даже в условиях избытка кислорода. Указанные механизмы могут сочетаться и взаимно дополнять друг друга. Так, например, реперфузия или восстановление кровоснабжения ишемизированного участка миокарда сопровождается продукцией активных кислородных радикалов в поврежденных на стадии ишемической гипоксии митохондриях. Эти радикалы вызывают деструкцию клеточных мембран и вносят вклад в некробиотические процессы, спровоцированные гипоксией.

В механизмах гипоксического некробиоза ключевую роль, наряду с энергодефицитом, играет избыток ионизированного внутриклеточного кальция, избыток которого токсичен для клетки. Длительный избыток кальция в цитоплазме ведет к активации нейтральных протеиназ, цитоплазматическому протеолизу, разрушению цитоскелета.

В механизмах свободнорадикального некробиоза определяющее значение имеют свободные радикалы, их цитостатический эффект, ПОЛ плазматической и внутриклеточных мембран, деструкция мембран, повреждение ДНК. Важно отметить, что некроз происходит после насильственной гибели клетки в результате каких-либо причин, вызывающих глубокую тканевую гипоксию и всегда содержит литический компонент в виде либо лизосомального аутолиза, либо гетеролиза, вызываемого гидролазами фагоцитов. Другим вариантом гибели клеток является апоптоз.

Апоптоз – форма гибели отдельных клеток, возникающая под действием вне- или внутриклеточных факторов, осуществляющаяся путём активации специализированных внутриклеточных процессов, регулируемых определёнными генами. Термин «апоптоз», предложенный в 1972 г. английскими учеными J.F.R. Кеrr, А.Н. Wyllie и A.R. Currie, состоит из двух греческих слов и означает в буквальном смысле «отделение лепестков от цветов», а применимо к клетке - особый тип смерти путем разделения ее на части («апоптозные тельца»), которые впоследствии фагоцитируются соседними клетками разного типа.

Что касается апоптоза (запрограммированной клеточной гибели, морфологически и патохимически отличного от некробиоза), то это генетически управляемый процесс, который может быть включен различными пусковыми сигналами без какого-либо существенного предварительного повреждения исполнительного аппарата клетки.

Апоптоз можно рассматривать как ответ генов, программирующих клеточную саморазборку, на рецепторно-опосредованный сигнал (например, при стимуляции соответствующими биорегуляторами рецепторов ФНО-α или глюкокортикоидного рецептора лимфоцитов). Иными словами апоптоз является приспособительной смертью, гибелью по программе и своего рода «полезным вредом», ибо при неспособности вступать в апоптоз возникает неограниченно пролифирирующий клон клеток, что ведет к серьезным нарушениям в многоклеточном организме и наблюдается, например, при онкологических заболеваниях.

Некроз – всегда патология, тогда как апоптоз наблюдается в ходе многих естественных процессов, а также при адаптации клетки к повреждающим факторам. Апоптоз, в отличие от некроза, энергозависим и требует синтеза РНК и белков. При апоптозе цитоплазма клетки уплотняется, конденсируется хроматин, ядро подвергается пикнозу с последующим кариорексисом. Фрагментации ядра предшествует межнуклеосомная упорядоченная деградация ядерной ДНК с образованием последовательно уменьшающихся фрагментов длиной до 180 пар оснований. Распад ДНК на отдельные нуклеосомные фрагменты с разрывами нуклеотидной цепочки приводит к появлению фрагментов ДНК разной длины. В конечной стадии апоптоза фрагментации подвергаются сами клетки с формированием так называемых апоптотических телец, окружённых мембраной фрагментов клеток, включающих остатки органелл, цитолеммы, цитоплазмы, хроматина. Клетки, вошедшие в апоптоз, и апоптозные тельца фагоцитируются макрофагами и гранулоцитами (рис. 8), фагоцитоз при этом не сопровождается местным воспалением.

Апоптоз может проявляться в различных формах:

- запрограммированной гибелью клеток и элиминацией целых клонов в ходе эмбрионального развития, гистогенеза и морфогенеза органов. В данном случае речь идёт о гибели клеток, не достигших состояния терминальной дифференцировки. Примером служит запрограммированная гибель нейробластов (от 25 до 75%) на определённых этапах развития мозга;

- запрограммированной гибелью клеток, выполнивших свою функцию. Эозинофилы погибают после дегрануляции. Клетки, выполнившие свою функцию, гибнут путём апоптоза. Механизм гибели клеток, достигших состояния терминальной дифференцировки и выполнивших свою функцию, изучен недостаточно, но ясно, что он генетически детерминирован. Так, экспрессия гена fos служит маркёром терминальной дифференцировки и одновременно предшествует гибели клеток.

Рисунок 8. Ультраструктурные изменения в клетке при апоптозе.

1 - на ранней стадии апоптоза для клетки, подвергающейся апоптозу в ткани, характерны конденсация цитоплазмы и фрагментация внутриядерной ДНК (показано черным цветом);

2 - фрагментация ядра и клетки с образованием апоптотических телец, окруженных мембраной;

3 - захват апоптотических телец эпителиальными клетками (4) или мононуклеарными фагоцитами (5). (Harmon B.V. and Allan D.J., 1996).