Апоптоза

Процесът на програмирана клетъчна смърт или апоптоза обикновено се характеризира с различни морфологични характеристики и енергийно зависими биохимични механизми. Апоптозата се счита за жизненоважен компонент на различни процеси, включващи нормалната реорганизация на клетките, правилно развитие и функциониране на имунната система, хормонално зависима атрофия, ембрионално развитие и химически индуцирана клетъчна смърт. Неподходящата апоптоза (твърде малко или твърде много) е фактор в много човешки състояния, включително невродегенеративни заболявания, исхемични увреждания, автоимунни разстройства и много видове рак. Способността да се модулира животът или смъртта на една клетка се признава за нейния огромен терапевтичен потенциал.

Терминът апоптоза (a-po-toe-sis) се използва за първи път в сега класическата книга на Kerr, Wyllie и Currie през 1972 година, за да опише морфологично различима форма на клетъчна смърт, въпреки че определени компоненти на концепцията за апоптоза са изрично описани преди много години (Kerr et al., 1972, Paweletz, 2001, Kerr, 2002).

Апоптозата се случва нормално по време на развитие и стареене и като хомеостатичен механизъм за поддържане на клетъчните популации в тъканите. Апоптозата се проявява и като защитен механизъм, като например при имунни реакции или когато клетките са увредени от болести или вредни агенти. Въпреки че има голямо разнообразие от стимули и състояния, както физиологични, така и патологични, които могат да предизвикат апоптоза, не всички клетки задължително ще умрат в отговор на същия стимул. Облъчването или лекарствата, използвани за ракова химиотерапия, водят до увреждане на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) в някои клетки, което може да доведе до апоптотична смърт чрез път, зависим от р53. Някои хормони, като кортикостероиди, могат да доведат до апоптотична смърт в някои клетки (например тимоцити), въпреки че други клетки не са засегнати или дори стимулирани.

Някои клетки експресират Fas- или TNF-рецептори, които могат да доведат до апоптоза чрез свързване на лиганд и кръстосано свързване на протеини. Други клетки имат постепенно смъртен път, който трябва да бъде блокиран от фактор на оцеляване като хормон или растежен фактор. Съществува и въпросът за разграничаване на апоптозата от некроза, два процеса, които могат да се появят независимо, последователно, както и едновременно. В някои случаи това е типът стимули и/или степента на стимули, които определят дали клетките умират от апоптоза или некроза. При ниски дози, различни вредни стимули като топлина, радиация, хипоксия и цитотоксични противоракови лекарства могат да индуцират апоптоза, но тези същите стимули могат да доведат до некроза при по-високи дози. Накрая, апоптозата е координиран и често енергийно зависим процес, който включва активирането на група цистеин протеази, наречени "каспази", и сложна каскада от събития, които свързват началните стимули с окончателното потъване на клетката.

Апоптозата никога не засяга едновременно цели области от паренхима, а се проявява само като некроза на отделни клетки. Светлинномикроскопски това са малки, сферични или овоидни клетки, кондензирана, хомогенна, силно еозинофилна цитоплазма и пикнотично ядро. В по - напредналите стадии на процеса ядрото се разрушава на няколко фрагменти от кондензиран хроматин. Често апоптотичните телца са отделени от съседните контактни клетки със светло хало.

Светлинната и електронната микроскопия идентифицират различните морфологични промени, които се появяват по време на апоптозата. По време на ранния процес на апоптоза, клетъчното свиване и пикнозата се виждат чрез светлинна микроскопия. С клетъчното свиване, клетките са по-малки по размер, цитоплазмата е гъста и органелите са по-плътно опаковани. Пикнозата е резултат от кондензацията на хроматина и това е най-характерната особеност на апоптозата. При хистологично изследване с оцветяване с хематоксилин и еозин, апоптозата включва единични клетки или малки струпвания на клетки. Апоптозната клетка се появява като кръгла или овална маса с тъмна еозинофилна цитоплазма и плътни лилави ядрени хроматинови фрагменти. Електронната микроскопия може по-добре да дефинира субклетъчните промени. По-рано по време на фазата на кондензация на хроматина, електронно-плътният ядрен материал характерно се агрегира периферно под ядрената мембрана, въпреки че може да има и равномерно плътно ядро.

Разширява се плазмената мембрана, последвано от кариорексис и отделянето на клетъчните фрагменти в апоптотични тела по време на процес, наречен "възбуда". Апоптотичните тела се състоят от цитоплазма с плътно пакетирани органели с или без ядрен фрагмент. Интегрирането на органелите продължава да се поддържа и всичко това е затворено в цялостната плазмена мембрана. Тези тела впоследствие се фагоцитозират от макрофаги, паренхимни клетки или неопластични клетки и се разграждат във фаголизозоми. Макрофагите, които поглъщат и усвояват апоптотични клетки, се наричат "прилепващи макрофаги на тялото" и често се намират в реактивните центрове на лимфоидните фоликули или понякога в мозъчната кора. Прилепналите тела са късчета ядрени отломки от апоптозните клетки.

По същество не съществува възпалителна реакция, свързана с процеса на апоптоза, нито с отстраняването на апоптотични клетки, тъй като:

• апоптотичните клетки не отделят своите клетъчни съставки в заобикалящата интерстициална тъкан
• те бързо се фагоцитозират от околните клетки, като по този начин е възможно да се предотврати вторична некроза
• поглъщащите клетки не продуцират противовъзпалителни цитокини

За разлика от некрозата, при апоптотичната клетъчна смърт не се наблюдава развитие на възпалителна реакция в околните тъкани. Примери за апоптоза при различните клетки са:

• еритроцити - в процеса на своя клетъчен живот те осъществяват обмяната на веществата само чрез синтезата на хемоглобина.
• кератиноцити на епидермиса - те продължават да образуват само кератин и когато най-после останат без ядро, те отмират.
• хондроцити - в епифизата те синтезират протеогликани и колаген за растящата тъкан и накрая загиват.
• ембрионални клетки - тяхната тъкан се унищожава при протичането на инволуционната атрофия.
• хормонално инволуционна атрофия на ендокринните органи до известна степен представлява особена програмирана клетъчна смърт. Така например функционалната хипертрофия на млечната жлеза се възстановява след периода на лактация.

Апоптозата е процес, който има съществено значение за развитие на имунната система. По време на Т - клетъчното развитие в тимуса, автореактивните Т - клетки се подлагат на негативната селекция и се отстраняват чрез апоптоза. В герминативния център на лимфните възли, където след антигенна стимулация се извършва селекция на зрели В - клетки и на В - клетки на паметта. В - клетките, които не успеят да се свържат с фоликулните дендритни клетки (носители на антигена) загиват бързо чрез апоптоза. И другите клетки на нашия организъм не са безсмъртни и подлежат на остаряване, в случай че бъдат подложени на увреждащи болестни причини, на които се съпротивляват.

Следователно във всяка клетка на по-висшите многоклетъчни организми е вграден в различна степен един физиологичен саморазрушаваш се механизъм. Той дава възможност на живия организъм да се пригоди в своята цялост към неизбежната смяна на жизнените условия под формата на селекция и еволюция. В клетките, които са предопределени за програмирана клетъчна смърт, не се намират никакви признаци на цитоплазмена реакция на приспособяване. Клетките в една тъкан, която подлежи на този тип некроза, постепенно и на различни места отпадат. Оттук възниква идеята за назоваване на този процес - апоптоза.