Особенности образования микроядер при воспалении

Особенности образования микроядер при воспалении

Активное распространение в мировом масштабе заболеваний, развитие которых напрямую связано с воспалительным процессом, индуцируемым многочисленными факторами вызывает обоснованную обеспокоенность исследователей [3; 5; 7; 8].

Недостаточный уровень современных знаний о механизмах развития и регуляции воспаления сказывается на своевременности диагностики, достоверности прогнозирования рецидивов и осложнений, адекватности коррекции и профилактики указанной патологии [3; 5]. Известно, что воспалительные заболевания часто имеют склонность к рецидивированию и развитию осложнений, вызванных фиброзными изменениями в тканях, что может приводить не только к длительной нетрудоспособности, но и к инвалидизации пациентов, и таким образом обусловливать негативные явления социально-экономического плана [3; 5].

Данная тенденция определяет актуальность исследований, направленных на регистрацию клеток, имеющих в своем составе микроядра, поскольку эти структуры часто выявляются при воспалительных процессах [2].

Одним из важных вопросов медицины, на наш взгляд является проведение исследований, касающихся изучения фундаментальных процессов формирования микроядер, поскольку обнаружение таких структур позволяет использовать их не только в качестве информативного признака воспалительных изменений, но и дает возможность косвенно судить о причинах вызывающих их образование.

Выявление микроядер в клетках широко используются в клинической практике для диагностики воспалительных заболеваний и прогнозирования их течения [2; 30], а так же при проведении исследований, связанных с уточнением роли воспалительного процесса в развитии данной патологии [17].

Микроядра являются небольшими структурами, состоящими из фрагментов хромосом [23], которые на стадии телофазы входят в дочерние клетки, или формируют микроядра в цитоплазме исходной клетки [23]. Известно, что крупные микроядра образуются при патологических митозах, а мелкие встречаются главным образом при структурных аберраций хромосом [1]. Однако, показатель, характеризующий появление микроядер более информативен, чем регистрация хромосомных аберраций [26; 38]. Показано, что микроядра могут появляться и при апоптозе [48].

Эти процессы свидетельствуют в первую очередь о снижении жизнеспособности таких клеток, и говорят о не стабильности их функционирования, активизации процессов воспаления [2] и апоптоза [48].

По данным некоторых авторов уровень повышения концентрации цитокинов и степень активности макрофагов коррелировали с увеличением показателя количества клеток, содержащих микроядра, что, объясняет появление подобных клеток при воспалении [17].

В воспалительных инфильтратах клетки продуцируют цитокины индуцирующие и ингибирующие апоптоз [37; 49], с которым тесно связана регуляция иммунокомпетентных клеток [6; 16; 45], включая макрофаги [18; 22] и лимфоциты [15]. Роль апоптоза в воспалительном процессе считается доказанным [4; 19; 29; 31], а его значение в лимитировании выраженности реакции воспаления на ранних сроках наблюдения не вызывает сомнения 24. В то же время, образование микроядер свидетельствует не только об активации апоптоза [31], но и о наличии повреждений хромосом [2; 20].

Поскольку апоптоз иммунокомпетентных клеток играет важную регуляторную роль [6], то его адекватная активация и регуляция оказывают значительное влияние на исход воспаления [12], что вызывает практический интерес к затрагиваемой проблеме.

Участие многоядерных фагоцитов в продуцировании провоспалительных цитокинов и цитолитических энзимов определяет периферический рост и клеточный состав гранулемы, что опосредованно регулируется через запуск апоптоза этих клеток [46]. Существуют два морфологических варианта реализации апоптоза многоядерных клеток [31]. Проявления апоптоза могут быть связаны с нарушением структуры отдельных ядер, следующих за разрывом цитоплазматической мембраны, а крупные фрагменты клеточного детрита индуцируют воспалительную реакцию [31]. В других клетках происходят типичные проявления апоптоза, с характерными изменениями во всех ядрах [31].

Из сказанного следует, что апоптоз, имеет важное значение для развития воспалительного процесса [12; 40] и проявляется, в том числе и формированием микроядер [17; 48]. Поэтому указанный морфологический признак целесообразно учитывать при диагностики воспалительных заболеваний. микроядро фагоцит цитолитический энзим Показатель численности клеток, содержащих микроядра было предложено применять для ранней диагностики воспалительных заболеваний в качестве дополнительного критерия [2]. Свое предложение авторы обосновывали повышением количества эпителиальных клеток с микроядрами при воспалительном процессе, поскольку нарушение митотического деления при неблагоприятных условиях влечет за собой потерю части генетического материала, и морфологически выражается в формировании микроядер [2]. Было показано, что активированные клетки воспалительного очага могут индуцировать появление микроядер в клетках эпителия [43].

Хроническое воспаление повышает риск развития онкологических заболеваний [30] и является вероятной причиной канцерогенеза [25]. Воспаление и активация клеточной пролиферации играет большую роль в развитии неопластических процессов, возможно за счет повышения уровня генетической нестабильности в клетках, находящихся в непосредственной близости от воспалительного очага [43]. Однако хромосомные повреждения не всегда наблюдаются при хроническом воспалении [30].

Действие некоторых химических соединений, вызывает воспалительную реакцию, повреждение хромосом, сопровождающееся формированием микроядер, и индуцирует апоптоз [42]. При этом показан дозозависимый эффект воздействия токсических веществ на образование микроядер [41]. Например, при воздействии загрязненного воздуха на организм регистрировали наличие микроядер в буккальном эпителии, что сопровождалось воспалительными изменениями в органах дыхания [34]. Аналогичные результаты были получены в отношении клеток костного мозга и многоядерных фагоцитов [10], а так же альвеолярных макрофагов [9; 11].

Авторы показали, что размеры альвеолярных макрофагов позволяют точно проводить идентификацию содержащихся в них микроядер [44]. При этом данный метод имеет ограничения, связанные с трудностью определения размеров микроядер при плохом распластывании цитоплазмы. По нашему мнению, для повышения информативности ряда цитологических исследований необходимо применять метод предварительной инкубации, который дает возможность клеткам хорошо распластаться, что облегчает задачу идентификации микроядер. Другим важным критерием при цитологической диагностики является отношение численности интактных клеток к клеткам, содержащим микроядра [41].

Еще одной точкой применения метода идентификации микроядер следует считать тестирование имплантационных материалов, что дает некоторую информацию об их биологической совместимости [28; 50].

Гранулемы инородных тел, возникшие вследствие воздействия на ткани полимерных соединений, играют значительную роль в виду частого использования таких материалов при хирургической коррекции [27, 33]. Поверхность имплантанта контактирует с протеинами фибробластов и макрофагов, причем материал оказывает влияние на динамические взаимодействия между клетками, изменяя их способность к миграции [13], пролиферации и дифференцировке [26; 35], а так же индуцирует развитие фиброзной ткани [13].

Различные материалы для имплантации вызывают определенную тканевую реакцию, воздействуют на клетки соединительной ткани и иммунокомпетентные клетки, что во многом зависит от химического состава вещества и характера его поверхности [27]. Возникновение воспалительной реакции в ответ на действие имплантантов может сопровождаться появлением микроядер в клетках, окружающих материал [50]. Ряд агентов, включая химические соединения, вызывают ярко выраженную воспалительную реакцию, индуцирующую появление микроядер в фибробластах, что, возможно, связано с активацией апоптоза [42]. Однако появление микроядер в фибробластах может возникать и при блокаде цитокинеза [47].

Авторами было показано, что микроядерный тест целесообразно применять при исследовании действия имплантантов, вызывающих выраженную воспалительную реакцию в тканях [36].

Исходя из вышеизложенного следует сделать ряд обобщений. В первую очередь, необходимо подчеркнуть особую значимость идентификации клеток с микроядрами при воспалительном процессе для различных исследований теоретического и прикладного характера.

Размеры микроядер показывают наличие причин, лежащих в основе их образования, что дает возможность объективно оценить целый комплекс явлений, индуцирующих их возникновение. Согласно литературным данным формирование микроядер крупных размеров наблюдается при патологии митотического деления клеток, а структурные аберрации хромосом влекут за собой образование мелких микроядер. При апоптозе могут регистрироваться микроядра различного размера, что связано с фрагментацией клеточного ядра. Связь между образованием микроядер и апоптозом наглядно демонстрирует их появление при воспалении, и отражает начало смены клеточных элементов при данном процессе. Важно отметить, что в очаге воспаления образуется ряд веществ, связанных с процессами распада ткани, которые неблагоприятно воздействуют на окружающие клетки, и возможно принимают участие в нарушении процесса митоза, сопровождающего формирование микроядер.

Различные формы воспаления, лежащие в основе достаточно большого количества заболеваний индуцируют образование микроядер. По этому регистрация клеток с микроядрами является практически значимым и высоко информативным диагностическим показателем воспалительных заболеваний, позволяющим прогнозировать их течение, и осуществлять контроль их коррекции.

Высокая вероятность развития онкологической патологии (при хронических воспалительных процессах) делает применение микроядерного теста удобным инструментом адекватного прогнозирования развития новообразований.

Тестирование имплантационных материалов (вызывающих при определенных условиях выраженную воспалительную реакцию), включая использование технически простого и информативного микроядерного теста, дает важные сведения о биологической совместимости имплантанта, что связано с его мутагенными и провоспалительными характеристиками, которые необходимо учитывать в плане практического применения.

Иммунокомпетентные клетки, определяющие клеточный состав и периферический рост воспалительного очага при развитии широко распространенных гранулематозных заболеваниях, подвергаются апоптозу, одним из морфологических проявлений которого является образование микроядер в фагоцитах. Микроядра могут формироваться не только в клетках, принимающих непосредственное участие в воспалении (например, в макрофагах), но и в окружающих очаг клетках. Эти последние играют важную роль в процессах фиброзирования и перестройки ткани на заключительном этапе воспаления. По этому микроядерный тест целесообразно использовать не только для диагностики и оценки адекватности данного процесса, но и для прогнозирования его исхода Вероятно, что решение фундаментальных вопросов, касающихся образования микроядер при воспалении, позволит уточнить роль этого явления в возникновении целого ряда заболеваний.

• 1. Захидов С. Т., Гопко А. В., Семенова М. Л., Михалева Я. Ю., Макаров А. А., Кулибин А. Ю Карнозин как фактор, модифицирующий частоту встречаемости генетически аномальных половых клеток в семенниках ускоренно стареющих мышей SAM // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины — 2002. — Т. 134. — № 7. С. 89.
• 2. Калаев В. Н., Буторина А. К., Кудрявцева О. Л. Частота встречаемости клеток с микроядрами в плоском эпителии, полученном из соскобов с шейки матки женщин детородного возраста при различных физиологических состояниях, в норме и при воспалении // Естествознание и гуманизм — 2006. — Т. 3. — № 2. — С. 22 — 23.
• 3. Ковалева С. И. Особенности эпидемиологии туберкулеза в Москве и меры по ее улучшению // Пробл. туб. — 1994. — № 5. — С. 2 — 4.
• 4. Фильченков А. А., Абраменко И. В. Апоптоз в патогенезе заболеваний человека — К.: ДИА, 2001. — 324 с.
• 5. Хоменко А. Г. Туберкулез сегодня и завтра — проблемы и пути решения // Пробл.туб. — 1995. — № 1. — С. 4 — 8.
• 6. Ярилин А. А. Апоптоз и его место в иммунных процессах // Иммунология — 1996. — Т. 6. — C. 10 — 23.
• 7. Alcais A., Sanchez F.O., Thuc N.V. Granulomatous reaction to intradermal injection of lepromin (Mitsuda reaction) is linked to the human NRAMP1 gene in Vietnamese leprosy sibships // J. Infect. Dis. — 2000. — V. 181. — № 1. — P. 302 — 308.
• 8. Algood H.M., Chan J., Flynn J.L. Chemokines and tuberculosis // Cytokine Growth Factor — 2003 — V. 14. — № 6. — Р. 467 — 477.
• 9. Balansky R.B., D’Agostini F., Zanacchi P., De Flora S. Protection by N-acetylcysteine of the histopathological and cytogenetical damage produced by exposure of rats to cigarette smoke // Cancer Lett. — 1992. — V. 64. — № 2. — Р. 123 — 131.
• 10. Balansky R.M., Blagoeva P.M., Mircheva Z.I., de Flora S. Coclastogenicity of ethanol with cigarette smoke in rat erythroblasts and anticlastogenicity in alveolar macrophages // Cancer Lett. — 1993. — V. 72. — №. 3- Р. 183 — 189.
• 11. Balansky R.M., D' Agostini F., De Flora S. Induction, persistence and modulation of cytogenetic alterations in cells of smoke-exposed mice // Carcinogenesis. — 1999. — V. 20. — № 8. — Р. 1491 — 1497.
• 12. Agostini C., Perin A., Semenzato G. Cell apoptosis and granulomatous lung diseases // Curr Opin Pulm Med. — 1998. — V. 4. — № 5. — Р. 261 — 266.
• 13. Baudler A., Lutkefels E., Drommer W., Deegen E., Ohnesorge B. Experimental studies on the therapy of epiglottis hypoplasia in horses-transendoscopic injection of collagen and polytetrafluoroethylene // Dtsch Tierarztl Wochenschr. — 2003. — V. 110. — № 4. — P. 160−165.
• 14. Bellon J.M., Garcia-Carranza A., Jurado F., Garcia-Honduvilla N., Carrera-San Martin A., Bujan J. Peritoneal regeneration after implant of a composite prosthesis in the abdominal wall // World J Surg. — 2001. — V. 25. № 2. — P. 147−152.
• 15. Bommhardt U., Chang K.S., Swanson P.E., Wagner T.N., Tinsley K.W., Karl I.E., Hotchkiss R.S. //Akt decreases lymphocyte apoptosis and improves survival in sepsis // J. Immunol. — 2004. — V. 172. — № 12. — Р. 7583−7591.
• 16. Brodbeck W.G., Shive M.S., Colton E., Ziats N.P., Anderson J.M. Interleukin-4 inhibits tumor necrosis factor-alpha-induced and spontaneous apoptosis of biomaterial-adherent macrophages // J. Lab. Clin. Med. — 2002. — V. 139. — № 2. — Р. 90 — 100.
• 17. Calveley V.L., Khan M.A., Yeung I.W., Vandyk J., Hill R.P. Partial volume rat lung irradiation: temporal fluctuations of in-field and out-of-field DNA damage and inflammatory cytokines following irradiation // Int. J. Radiat. Biol. — 2005. — V. 81. — № 12. — Р. 887 — 899.
• 18. Chang C.S., Song G.Y., Lomas J., Simms H.H., Chaudry I.H., Ayala A. Ingibition of Fas/Fas ligand signaling improves septic survival: differential effects on macrophage apoptotic and functional capacity // J. Leukoc. Biol. — 2003. — V. 74. — № 3. — Р. 344−351.
• 19. Cohen J. and Duke R. Apoptosis and programmed cell death in immunity // Annu. Rev. Immunol. — 1992. — № 10. — Р. 267−293.
• 20. Das R.K., Sahu K., Dash B.C. Induction of chromosome aberrations and micronuclei in pulmonary alveolar macrophages of rats following inhalation of mosquito coil smoke // Mutat. Res. — 1994. — V. 320. — № 4. — Р. 285−292.
• 21. Debodinance P., Delporte P., Engrand J.B., Boulogne M. Development of better tolerated prosthetic materials: applications in gynecological surgery // J. Gynecol. Obstet. Biol. Reprod. — 2002. — V. 31. — № 6. — P. 527−540.
• 22. Dockrell D.H., Marriott H.M., Prince L.R., Ridger V.C., Ince P.G., Hellewell P.G., Whyte M.K. Alveolar macrophage apoptosis contributes to pneumococcal clearance in a resolving model of pulmonary infection // J. Immunol. — 2003. — V. 171. — № 10. — Р. 5380−5388.
• 23. El-Zein R.A., Schabath M.B., Etzel .CJ., Lopez M.S., Franklin J.D., Spitz M.R. Cytokinesis-blocked micronucleus assay as a novel biomarker for lung cancer risk // Cancer. Res. — 2006. — V. 66. — № 12. — Р. 6449−6456.
• 24. Fabre T., Belloc F., Dupuy B., Schappacher M., Soum A., Bertrand-Barat J., Baquey C., Durandeau A. Polymorphonuclear cell apoptosis in exudates generated by polymers // J. Biomed. Mater. Res. — 1999. — V. 44. — № 4. — Р. 429−435.
• 25. Fein M., Fuchs K.H., Stopper H., Diem S., Herderich M. Duodenogastric reflux and foregut carcinogenesis: analysis of duodenal juice in a rodent model of cancer // Carcinogenesis. — 2000. — V. 21. — № 11. — Р. 2079 — 2084.
• 26. Godek M.L., Duchsherer N.L., Mc Elwee Q., Grainger D.W. Morphology and growth of murine cell lines on model biomaterials // Biomed. Sci. Instrum. — 2004. — V. 40. — P. 7−12.
• 27. Gonzalez R., Ramshaw B.J. Comparison of tissue integration between polyester and polypropylene prostheses in the preperitoneal space. // Am Surg. — 2003. — V. 69. — № 6. — Р. 471−476.
• 28. Guo X., Zheng Q., Du J., Zen H., Quan D., Yan Y., Li S., Li X. Biocompatibility of self-designed absorbable hydroxyapatite/poly (DL-lactide) composites // Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi. — 1999. -V. 16. — № 2. P. 135 — 139.
• 29. Haslett C., Savill J., Whyte M., Stern M., Dransfield I., Meagher L. Granulocyte apoptosis in the control of inflammation // Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. — 1994. — V. 345. — Р. 327−333.
• 30. Hofseth L.J., Dunn B.P., Rosin M.P. Micronucleus frequencies in urothelial cells of catheterized patients with chronic bladder inflammation // Mutat. Res.- 1996. — V. 352. — № 1−2. — Р. 65 — 72.
• 31. Honma T., Hamasaki T. Ultrastructure of multinucleated giant cell apoptosis in foreign-body granuloma // Virchows. Arch. — 1996. — V. 428. — № 3. — Р. 165 — 176.
• 32. Kerr J., Wyllie A., Currie A. Apoptosis: basic biologic phenomenon with wide ranging implications in tissue kinetics // Br. J. Cancer. — 1972. — V. 26. — Р. 239−257.
• 33. Kisielinski K., Cremerius U., Reinartz P., Niethard F.U. Fluordeoxyglucose positron emission tomography detection of inflammatory reactions due to polyethylene wear in total hip arthroplasty. // J. Arthroplasty. — 2003. — V. 18. — № 4. — Р. 528−532.
• 34. Lahiri T., Roy S., Basu C., Ganguly S., Ray M.R., Lahiri P. Air pollution in Calcutta elicits adverse pulmonary reaction in children // Indian J. Med. Res. — 2000. — V. 112. — Р. 21 — 26.
• 35. Liang D., Chen J., Li Y., Lin J., Chen Z. Expanded polytetrafluoroethylene with different pore diameter for keratoprosthesis cell ingrowth and corneal metabolism // Yan Ke Xue Bao. — 1999. — V. 15. — № 4. — P. 246−249.
• 36. Liu C., Wang W., Shen W., Chen T., Hu L., Chen Z. Evaluation of the biocompatibility of a nonceramic hydroxyapatite // J. Endod. — 1997. -V. 23. — № 8. — P. 490 — 493.
• 37. Matsuki Y., Yamamoto T., Hara K. Localization of interleukin-1 (IL-1) mRNA expressing macrophages in human inflamed gingiva and IL-1 activity in gingival crevicular fluid // J. Periodontal Res. — 1993. — Р. 28- 35.
• 38. Moore F.R., Urda G.A., Krishna G., Theiss J.C. An in vivo/in vitro method for assessing micronucleus and chromosome aberration induction in rat bone marrow and spleen. 1. Studies with cyclophosphamide // Mutat. Res. — 1995. — V. 335. — № 2. — Р. 191−199.
• 39. Moore F.R., Urda G.A., Krishna G., Theiss J.C. An in vivo/in vitro method for assessing micronucleus and chromosome aberration induction in rat bone marrow and spleen. 2. Studies with chlorambucil and mitomycin C // Mutat. Res. — 1995. — V. 335. — № 2. — Р. 201−206.
• 40. Murphy F.J., Hayes I., Cotter T.G. Targeting inflammatory diseases via apoptotic mechanisms // Curr. Opin. Pharmacol. — 2003. — V. 3. — № - 4- Р. 412−419.
• 41. Poma A., Limongi T., Pisani C., Granato V., Picozzi P. Genotoxicity induced by fine urban air particulate matter in the macrophages cell line RAW 264.7 // Toxicol. In Vitro. — 2006. — V. 20. — № 6. — Р. 1023−1029.
• 42. Rahman Q., Lohani M., Dopp E., Pemsel H., Jonas L., Weiss D.G., Schiffmann D. Evidence that ultrafine titanium dioxide induces micronuclei and apoptosis in Syrian hamster embryo fibroblasts // Environ Health Perspect.- 2002. — V. 110. — № 8. — Р. 797 — 800.
• 43. Rosin M.P., Saad el Din Zaki S., Ward A.J., Anwar W.A. Involvement of inflammatory reactions and elevated cell proliferation in the development of bladder cancer in schistosomiasis patients // Mutat. Res. — 1994. — V. 305. — № 2. — Р. 283 — 292.
• 44. Sahu K., Das R.K. Micronucleus assay in pulmonary alveolar macrophages, a simple model to detect genotoxicity of environmental agents entering through the inhalation route // Mutat. Res. — 1995. — V. 347. — № 2. — Р. 61−65.
• 45. Saito T., Kuss I., Dworacki G., Gooding W., Johnson J. T., Whiteside T. L. Spontanous ex vivo apoptosis of peripheral blood mononuclear cells in patients with head and neck cancer // Clin. Cancer Res. — 1999. — № 5. — Р. 1263−1273.
• 46. Schweyer S., Hemmerlein B., Radzun H.J., Fayyazi A. Continuous recruitment, co-expression of tumour necrosis factor-alpha and matrix metalloproteinases, and apoptosis of macrophages in gout tophi // Virchows Arch. — 2000. — V. 437. — № 5. — Р. 534 — 539.
• 47. Stoppelaar J.M., Kuil T., Verharen H.W., Hokse H., Opperhuizen A., Mohn G.R., Benthem J., Hoebee B. In vivo cytokinesis blocked micronucleus assay with carbendazim in rat fibroblasts and comparison with in vitro assays // Mutagenesis. — 2000. — V. 15. — № 2. — P.155 — 164.
• 48. Voitovich A.M., Afonin V.Y., Krupnova E.V., Trusova V.D., Dromashko E.S. The level of aberrant cells in various tissues of bank vole depending on doses and radionuclide balance in organism // Tsitol. Genet. — 2003. — V. 37. — № 4. — Р.10−15.
• 49. Wahl S.M., Costa G.L., Mizel D.E., Allen J.B., Skaleric U., Mangan D.F. Role of transforming growth factor beta in the pathophysiology of chronic inflammation // J. Periodontol. — 1993. — V. 64. — Р. 450−455.
• 50. Weng L., Tang G., Zhou J., Wang B., Zhou T., Chen Q. Evaluation for biocompatibility of poly-(3-hydroxypropyl)-DL-aspartamide // Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi.- 2000. — V. 17. — № 1. — Р. 19 — 20.