Основные функции мезенхимы: примитивная костная строма, гетерогенность фенотипа и пластичность клеток
Как упоминалось, одна из основных функций мезенхимы — выработка сигналов, запускающих региональную пролиферацию клеток-предшественников, в том числе и эпителия. Если клетки мезенхимы продуцируют ростовые факторы (HGF, TGF-a, EGF, KGF), то клетки-предшественники паренхимы экспрессируют на своей поверхности рецепторы к этим сигналам.
В дифференцированных взрослых тканях клетки стромы генерируют сигналы для поддержания жизнеспособности и пролиферации клеток-предшественников (SCF, HGF, IL-6, IL-7, IL-8, IL-11, IL-14, IL-15, M-CSF, Flt2, LIF). Большинство клеток-предшественников располагаются вокруг региональных стволовых клеток. Прикрепленные к подложке стромальные клетки в первичной культуре активно пролиферируют (80%). Их фенотип гетерогенный, что объяснимо многочисленными функциями клеток. Практически все клетки стромы сохраняют способность к дифференцировке в клетки многих тканей. Среди стволовых клеток и клеток-предшественников не выявлено рестрикции плюрипотентности.
Гетерогенность фенотипа и пластичность клеток стромы объясняется слабым развитием внеклеточного матрикса. Незрелые CD34-клетки стромы обнаружены в циркулирующей крови, их там намного меньше, чем СD34+-клеток. В культуре In vitro эти клетки прикрепляются, формируя островки фибробластоподобных клеток. Незрелые клетки пролиферируют в течение нескольких пассажей, сохраняя плюрипотентность. Ограниченная популяция CD34+-клеток возвращается из кровотока в строму костного мозга и трансформируется в CD34+ линии кроветворных стволовых клеток. Это позволяет сделать вывод, что рециркуляция мезенхимальных клеток-предшественников в кровотоке позволяет поддерживать стволовые клетки в разных органах за счет общего пула клеток.
Гетерогенность популяции клеток костного мозга стромы подтверждается различными размерами колоний с меняющейся скоростью роста, а также различными морфологическими признаками клеток: от фибробластоподобных веретенообразных клеток до огромных плоских клеток. Если такие культуры развиваются до 20 дней, то отмечается также фенотипическая гетерогенность. Одни колонии содержат высокую активность щелочной фосфатазы, другие дают негативную реакцию. А третьи — позитивную в центре и негативную — на периферии колоний. Отдельные колонии формировали узелки (инициация минерализации матрикса), что можно идентифицировать при окраске ализариновым красным.
После трансплантации в организме животного-хозяина скопления мультиколоний образуют мелкие эктопические кости, дополненные сетчатой стромой, поддерживающей миеломные клетки и адипоциты и, иногда, хрящом. При трансплантации одиночных мультиколоний клеток стромы костного мозга, определенная их часть способна полностью регенерировать костномозговой орган, в котором костные клетки стромы, поддерживающей миелоидный ряд, и адипоциты — клонового и донорского происхождения, а гемопоэз и циркуляторная часть сосудистого русла — реципиентного происхождения. Эти результаты указывают на «стволовую» природу первоначального звена, формирующего колонию, — фибробласта, от которого произошла клоновая линия.
Однако, эти результаты также подтверждают то, что не все клоногенные клетки (клетки, способные распространяться, чтобы образовать колонию) в действительности являются стволовыми клетками, действующими на все органы. Необходимо отметить, что поведение клоновых линий после трансплантации, а не их фенотип In vitro, дает наиболее надежную информацию относительно подлинного потенциала дифференциации индивидуальных клонов.
Примитивная костная строма устанавливается в онтогенезе в результате сложных явлений, которые имеют место вслед за дифференциацией примитивных остеогенных клеток, образованием первичной кости и сосудистым вторжением. Близкое родство стромальных клеток с костномозговыми кровеносными клетками наблюдается также у взрослых животных. В постнатальном скелете кость и костный мозг делят между собой значительную часть сосудистого ложа. Медуллярная сосудистая сеть во многом сходна с циркулярной системой других органов и пронизана сплошным слоем эндотелиальных клеток и субэндотелиальных перицитов.
Ангиогенез во всех тканях сопровождается скоординированным ростом эндотелиальных клеток и перицитов.
В кости, как и любом другом органе, ангиогенез, как правило, ограничивается фазами запрограммированного роста, однако может снова появиться при восстановлении и регенерации или пролиферативных/неопластических процессах. Во время нормального роста кости рост эндотелиальных клеток и перицитов, формирование кости вновь образованными клетками происходит в точной пространственной и временной последовательности, представленной в пластинах роста метафиза. Последовательность в развитии эндохондриальной кости зависит от предварительного ангиогенеза и останавливается, если блокируется ангиогенез. Результаты многих исследований свидетельствуют о том, что перициты и клетки стромы костного мозга — одно сообщество.
Последние данные позволяют предположить, что есть несколько источников перицитов в процессе развития и роста. Во-первых, перициты могут образовываться из соседних клеток-резидентов мезенхимы. Во-вторых, образуются прямо из эндотелиальных клеток или их предшественников. В-третьих, они могут формироваться во время ангиогенеза (пренатально либо постнатально) путем размножения, миграции и дифференцировки из другой линии перицитов растущего сосудистого зачатка. Клетки стромы могут превращаться во многие клетки (кости, хрящи и др.). Эта способность клеток как In vitro, так и In vivo получила название пластичности.