Hematopoieza

Hematopoieza este procesul de producere, multiplicare si specializare a celulelor sangelui in maduva osoasa.
Hematopoieza incepe cu celula sangvina de baza, celula stem sau „celula stem hematopoietica pluripotenta”.

Produsii finali ai acestui proces sunt:

• celulele albe mature ale sangelui (care protejeaza corpul de infectii),
• celulele rosii mature ale sangelui (care transporta oxigenul la tesuturi si celule)
• trombocitele sau plachetele (care ajuta la controlul sangerarii dupa un traumatism). (3)

Celulele stem hematopoietice au capacitatea de a se divide si forma alte celule stem hematopoietice sau de a intra in una din cele cateva cai de diferentiere. Aceste cai de diferentiere vor duce la producerea unui anumit tip de celula sangvina.

Daca o celula stem hematopoietica intra in calea de formare a celulelor sangvine mature, aceasta va suferi mai multe (de obicei cinci sau mai multe) diviziuni celulare inainte de a se transforma in celula respectiva. De fiecare data cand celula se divide, dezvolta din ce in ce mai multe caracteristici ale celulei adulte in care se transforma sau cu alte cuvinte devine mai diferentiata sau specializata. (5)

Termenul de hematopoieza descrie procesul de dezvoltare a celulelor sangvine de la celulele stem prin diferentiere la celulele sangvine mature. Toate componentele celulare sangvine sunt derivate din celulele stem hematopietice. Intr-o persoana adulta sanatoasa, aproximativ un miliard de celule noi sangvine sunt produse zilnic pentru a mentine stabil numarul de celule circulante periferice. (4)

Celula stem hematopoietica

Celula stem hematopoietica rezida in maduva oaselor si are capacitatea unica de a da nastere tuturor tipurilor diferite de celule sangvine si tisulare mature. Celula stem este o celula care se autoreinnoieste: cand prolifereaza, unele dintre celulele sale fiice raman celule stem hematopoietice, astfel rezerva de celule stem nu se consuma. Acest fenomen este denumit diviziune asimetrica. Alte celule fiice ale celulei stem hematopoietice (celulele progenitoare mieloide si limfoide) pot totusi intra in oricare cale alternativa de diferentiere care sa conduca la producerea unuia sau a mai multor tipuri specifice de celule sangvine, dar nu se pot auto-reface. Rezerva de progenitori este heterogena si poate fi impartita in doua compartimente:

• celulele stem hematopoietice care se auto-reinnoiesc pe termen lung
• celulele stem hematopoietice care se auto-reinnoiesc doar tranzitor, sau de scurta durata.

Acesta este unul dintre principalele procese vitale care au loc in corpul uman. (1)

Celula stem hematopoietica

Toate celulele sangelui sunt impartite in trei linii celulare

• celulele eritroide sunt celulele rosii ale sangelui care transporta oxigenul; reticulocitele si eritrocitele sunt ambele functionale si eliberate in sange, de fapt, numarul reticulocitelor estimeaza rata eritropoiezei
• limfocitele fac parte din sistemul imun adaptativ; ele deriva din progenitorii limfoizi comuni, linia celulara limfoida este formata in mare din limfocite B si T; aceasta este limfopoieza
• mielocitele, care cuprind granulocitele, megacariocitele, macrofagele si sunt derivate din progenitorii mieloizi comuni au diverse roluri, fiind implicate in imunitatea innascuta, imunitatea adaptativa si coagularea sangelui; aceasta este mielopoieza.

Granulopoieza sau granulocitopoieza reprezinta hematopoieza granulocitelor.
Megacariocitopoieza reprezinta hematopoieza megacariocitelor. (1) (7)

Sediile hematopoiezei

In embrionii in dezvoltare insulele de formare a sangelui apar in agregatele celulare sangvine din sacul amniotic. Pe masura ce dezvoltarea fetusului progreseaza, formarea sangelui are loc in splina, ficat si ganglionii limfatici. Cand se dezvolta maduva osoasa, hematopoieza se desfasoara in cea mai mare parte la nivelul acesteia. Totusi, maturarea, activarea si proliferarea unor celule limfoide are loc si in organele limfoide secundare (splina, timus si ganglionii limfatici). La copii, hematopoieza are loc in maduva oaselor lungi, cum este femurul si tibia. La adulti aceasta are loc mai ales in oasele pelvisului, craniului, vertebre si stern. (8)

In unele cazuri, ficatul, timusul si splina isi pot relua functia hematopoietica la adult, daca este necesar. Acest fenomen este denumit hematopoieza extramedulara si poate determina cresterea in volum a organelor implicate. In timpul dezvoltarii fetale, datorita dezvoltarii mai tardive a oaselor si maduvei osoase, ficatul ramane principalul organ hematopoietic. Astfel, hepatomegalia este normala in timpul dezvoltarii fetusului uman. (8)

Maturarea celulelor sangvine

Pe masura ce o celula stem intra in procesul de maturare sufera modificari ale expresiei genelor care ii limiteaza transformarea in alte tipuri celulare si o apropie de un anumit tip celular. Aceste modificari pot adesea fi depistate prin monitorizarea prezentei proteinelor pe suprafata celulara. Fiecare modificare succesiva aduce celula mai aproape de tipul celular final si ii limiteaza si mai mult potentialul de a deveni o celula diferita. (1)

Determinarea (alegerea liniei de diferentiere)

Exista doua puncte de vedere. Pentru celulele stem si alte celule sangvine nediferentiate din maduva osoasa, determinarea este explicata in general de teoria determinismului hematopoiezei. Aceasta teorie sustine ca factori stimulanti ai coloniilor celulare si alti factori ai micromediului hematopoietic determina celulele sa urmeze o anumita cale de diferentiere celulara. Acesta este modul clasic de a descrie hematopoieza. Celalalt punct de vedere este teoria stochastica ce sustine ca celulele sangvine nediferentiate sunt determinate spre anumite tipuri celulare specifice aleator. Micromediul hematopoietic determina anumite celule sa supravietuieasca iar altele, pe de alta parte sa sufere apoptoza si sa moara. Prin reglarea acestui echilibru dintre diferitele tipuri celulare, maduva osoasa poate alterna cantitatea diferitelor celule care vor fi produse in final. (2)

Factorii de crestere hematopoietici

Producerea celulelor sangvine rosii si albe este reglata cu mare precizie la oamenii sanatosi, iar producerea leucocitelor este crescuta rapid in timpul infectiilor. Proliferarea si auto-reinnoirea acestor celule depinde de factorii de crestere. Unul din jucatorii cheie in auto-reinnoirea si dezvoltarea celulelor hematopoietice este factorul celulelor stem (SCF). Absenta acestui factor este letala. Exista si alti factori importanti glicoproteici de crestere care regleaza proliferarea si maturarea (IL-2, 3, 6, 7). Exista inca trei exemple de factori care stimuleaza producerea celulelor stem, asa-numitii factori stimulanti ai coloniilor (CSFs), care cuprind CSF granulocit-macrofag (GM-CSF), CSF granulocit (G-CSF) si CSF macrofag (M-CSF) . Acesti factori stimuleaza formarea granulocitelor si sunt activi pe celulele progenitor sau pe celulele produsi finali.

Pentru ca o celula progenitor mieloid sa devina eritrocit este necesara eritropoietina. Trombopoietina determina celulele progenitor mieloide sa se diferentieze in megacariocite (celule formatoare de trombocite). (4)

Eritropoieza

Eritropoieza este procesul prin care sunt produse eritrocitele (celulele rosii ale sangelui). Este stimulata de scaderea oxigenului in circulatie, detectata de catre rinichi care vor secreta un hormon numit eritropoietina. Acest hormon stimuleaza proliferarea si diferentierea precursorilor celulelor rosii, care activeaza cresterea eritropoiezei in tesuturile hematopoietice, producand in final celule rosii.

Diferentierea eritrocitelor

In procesul de maturare a celulelor rosii, fiecare celula trece printr-o serie de diferentieri. Aceste stadii de dezvoltare au loc in maduva osoasa:

• un hemocitoblast, celula stem multipotenta hematopoietica, devine
• un progenitor mieloid comun sau o celula stem multipotenta, apoi
• o celula stem unipotenta, apoi
• o pronormoblast, denumit si proeritroblast sau rubiblast
• acesta devine un normoblast timpuriu sau bazofilic, denumit adesea eritroblast, apoi
• un normoblast intermediar sau policromatofilic, apoi
• un normoblast tardiv sau ortocromatic; in acest stadiu nucleul este eliminat inainte ca celula sa devina
• un reticulocit. (2) (5)

Aceasta celula este eliberata din maduva osoasa, astfel in celulele sangvine noi circulante se regasesc aproximativ 1% reticulocite. Dupa 1-2 zile, acestea devin eritrocite sau celule rosii mature.

Stadiile corespund aspectelor specifice ale celulelor cand sunt colorate Wright si examinate in microscopia optica, corespunzand altor modificari biochimice.

Esentiale maturarii eritrocitelor sunt vitaminele B12 (cobalamina) si vitamina B9 (acidul folic). Lipsa acestora duce la esecul maturarii in procesul eritropoiezei, manifestandu-se clinic prin reticulopenie, o cantitate anormal de mica de reticulocite. (8)

Reglarea eritropoiezei

Un mecanism de feedback implicand eritropoietina ajuta la reglarea procesului eritropoiezei, astfel in starile de non-boala, producerea eritrocitelor echivaleaza distrugerea lor, iar numarul acestora este suficient pentru a sustine nivele adecvate tisulare de oxigen dar fara a fi excesiv si a determina vascozitatea, tromboza sau atacul cerebral. Eritropoietina este produsa in rinichi si ficat ca raspuns la nivelul scazut al oxigenului. Eritropoietina este legata de eritrocitele circulante; numarul mic circulant al acestora duce la o cantitate relativ mare de eritropoietina nelegata care stimuleaza producerea eritrocitelor in maduva osoasa. (6)

Studiile recente au demonstrat rolul unui hormon peptid numit hepcidina, in reglarea producerii hemoglobinei, afectand astfel si eritropoieza. Ficatul produce hepcidina. Hepcidina controleaza absorbtia fierului in tractul gastrointestinal si eliberarea lui din tesutul reticuloendotelial. Fierul trebuie eliberat din macrofagele din maduva osoasa pentru a fi incorporat in gruparea hem a hemoglobinei din eritrocite.
Pierderea functiei receptorului pentru eritropoietina sau JAK2 la soareci duce la esecul eritropoiezei, cu intreruperea producerii eritrocitelor in embrioni. (8)

Limfopoieza

Limfopoieza se refera la generarea de limfocite, unul dintre cele cinci tipuri de celule albe ale sangelui. Procesul este cunoscut mai ales sub termenul de hematopoieza limfoida.

Limfopoieza celulelor T

Celulele T sunt formate in maduva osoasa, migrand apoi in cortexul timusului unde sufera maturare intr-un mediu fara antigene, aproximativ o saptamana in care supravietuiesc aproximativ 2-4% dintre celulele T. Restul de 96% dintre celule mor prin apoptoza si sunt fagocitate de catre macrofagele din timus. Numarul mare de celule T (timocite) care mor in timpul maturarii se datoreaza unei supravegheri intense pentru a asigura ca fiecare timocit are capacitatea de a recunoaste complexul MHC si pentru auto-toleranta. (4)

La maturitate exista mai multe forme ale timocitelor:

• T-helper (necesara pentru activarea altor celule precum celulele B si macrofagele)
• T-citotoxic (care distrug celulele infectate viral)
• T-memorie (celule care isi amintesc antigenele deja intalnite)
• T-supresor (care controleaza raspunsul imunitar al altor leucocite).

Dezvoltarea celulelor T

Fata de alte linii limfoide, dezvoltarea celulelor T are loc aproape exclusiv in timus. Limfopoieza T nu are loc automatic ci necesita semnale generate de celulele stromei timice. Au fost definite cateva stadii de dezvoltare asupra carora actioneaza factori de crestere si reglatori specifici. (3)

Stadiile maturarii celulelor T

Stadiul I (migrarea timica):
Progenitorii limfoizi multipotenti intra in calea celulei T si migreaza in timus. Cele mai primitive celule din timus sunt progenitorii timocitari timpurii, care detin tot potentialul limfoid si mieloid dar au o existenta tranzitorie, diferentiindu-se rapid in liniile celulare T si NK.

Stadiul II (expansiunea proliferativa si intrarea in linia celulara T):
Intrarea in linia celulara de diferentiere T are loc in mediul timic. Cele mai primitive celule T detin capacitatea pluripotentiala si se pot diferentia in celulele liniilor mieloide si limfoide (celule B, DC, T sau NK). Celulele T dublu negative, mult mai diferentiate au o potentialitate mai limitata dar fara a fi complet restrictionate la linia celulara T (se mai pot transforma in celule T, DC sau NK).

Dupa intrarea in linia celulara de diferentiere T, incepe un proces complex cunoscut drept rearanjarea genetica TcR. Procesul duce la o diversitate enorma a celulelor T care poarta receptori pentru antigene. Dupa aceasta unele celule T parasesc timusul si migreaza in piele si mucoase. (3) (5)

Stadiul III (beta-selectia).
Stadiul IV (selectia receptorilor celulei T):
Doar 2% dintre timocitele care se diferentiaza, cele care exprima TcR capabile sa interactioneze cu moleculele MHC dar tolerante la auto-peptide, supravietuiesc selectiei stadiului IV.

Stadiul V (continuarea diferentierii in periferie):
Pana nu demult se credea ca timusul uman ramane activ ca loc de diferentiere a celulelor T doar pana la varsta de adult, suferind apoi atrofie sau chiar disparand. Studiile recente arata ca timusul uman este activ pe tot parcursul vietii. Astfel exista cativa factori care contribuie la aportul de noi celule T in perioada de adult: generarea lor in timus, diferentierea extra-timica si faptul ca celulele T cu memorie au o durata de viata lunga si supravietuiesc zeci de ani. (7)

Limfopoieza celulelor B

Celulele B se formeaza si matureaza in maduva osoasa si splina. Aceste celule B parasesc apoi maduva osoasa si migreaza in tesuturile limfoide periferice, cum sunt ganglionii. Ajunse intr-un organ limfoid secundar celula B poate fi introdusa unor antigene pe care le poate recunoaste. Prin recunoasterea acestor antigene si alte interactiuni intercelulare celulele B devin activate suferind diferentiere apoi pentru a deveni plasmocite. Plasmocitul, produsul final al unei celule B, este o celula secretoare de anticorpi, foarte activa care ajuta la protejarea corpului prin atac si legarea de antigene. Limfopoieza celulelor B are loc exclusiv in maduva osoasa, iar limfocitele B sunt produse continu pe parcursul vietii intr-un mediu compus din: celule stromale, matrice extracelulara, citokine si factori de crestere, critici pentru proliferarea, diferentierea si supravietuirea limfocitelor B timpurii. (6)

Limfopoieza celulelor NK (natural-killer)

Celulele NK, carora le lipsesc receptorii antigenelor specifice, se dezvolta in maduva osoasa. Dupa maturare si eliberarea din maduva acestea circula in sange pe toata durata vietii lor cautand oportunitati. Oportunitatea pe care o cauta este intalnirea si recunoasterea si apoi distrugerea celulelor anormale cum sunt celulele neoplazice sau infectate viral. Celulele NK au granule enzimatice care le permit sa distruga alte celule, fiind denumite si limfocite mari granulare.

Celulele NK au si un „cod de bare” precum CD3, CD 16+, CD56T. Majoritatea celulelor NK au o capacitate citolitica inalta, un subset mai mic de 10% denumite NK’CD56 este responsabil de producerea de citokine. (7)

Limfopoieza celulelor dendritice

Celula dendritica sau DC se diferentiaza din progenitorul limfoid printr-un mecanism putin definit. Celulele dendritice sunt inalt specializate si eficiente prezentatoare de antigene. Celule identice ca aspect provin din ambele linii celulare mieloide (celulele dendritice mieloide) si limfoide (celulele dendritice plasmacitoide). Dezvoltarea si reglarea celulelor dendritice nu este bine cunoscuta. Desi au fost identificate celule dendritice in ficatul fetal uman, timus si maduva osoasa, in timpul vietii adulte se considera ca acestea sunt produse doar in maduva osoasa si eliberate apoi in sange. O mare varietate de celule dendritice sunt eliberate in corp, mai ales in epitelii cum este pielea, pentru a monitoriza invadatorii. (8)

Mielopoieza

Mielopoieza este formarea de celule mieloide, incluzand:

• eozinofilele
• granulocitele
• granulocitele bazofilice
• granulocitele neutrofilice
• monocitele.

Progenitorul mieloid se poate diferentia in maduva osoasa in:

• granulocit
• macrofag (monocit matur)
• mastocit
• celula dendritica a sistemului imun innascut.

Granulocitele, denumite si leucocite polimorfonucleare datorita formelor ciudate ale nucleilor, se diferentiaza in trei linii celulare cu durata scurta de viata:

• eozinofilele
• bazofilele
• neutrofilele.

Un granulocit se diferentiaza intr-o celula distincta printr-un proces denumit granulopoieza.

Granulopoieza

Granulopoieza este hematopoieza granulocitelor.
Procesul are loc mai ales in maduva osoasa si implica urmatorii pasi:

• celula stem hematopoietica pluripotentiala
• mieloblastul
• promielocitul
• eozino/neutro/bazofilic mielocit
• metamielocit
• celula Stab
• granulocitele (eozino/neutro/bazofilul). (3)

Megacariocitopoieza

Este procesul in care progenitorii celulari din maduva osoasa se dezvolta in megacariocite mature, care produc trombocitele necesare homeostaziei normale. Sunt produse mai ales in ficat, rinichi, splina si maduva osoasa. Diferentierea liniei megacariocitare este conrolata de trombopoietina. Aceasta este suficienta dar nu absolut necesara pentru inducerea diferentierii celulelor progenitoare din maduva osoasa spre fenotipul megacariocitar. Alti semnalizatori moleculari pentru diferentierea megacariocitara cuprind: GM-CSF, IL-3, IL-6, IL-11, chemocinele (SDF-1, FGF-4) si eritropoietina. (8)

Megacariocitul se dezvolta prin urmatoarea linie celulara: celula stem hematopoietica pluripotentiala-megacarioblast-promegacariocit-megacariocit. Celula eventual ajunge in stadiul de megacariocit si isi pierde capacitatea de a se mai divide. Totusi ramane capabila de a-si replica ADN-ul si isi continua dezvoltarea, devenind poliploida.

Dupa ce celula este complet diferentiata si devine un megacariocit matur, incepe procesul de producere a trombocitelor. Maturarea incepe prin replicare sincrona endomitotica in care volumul citoplasmei creste pe masura ce numarul cromozomilor se multiplica, fara diviziune celulara. Celula isi opreste cresterea la 4N, 8N sau 16N, devine granulara si incepe sa produca trombocite. Trombopoietina joaca un rol in inducerea megacariocitelor de a forma procese proto-plachetare mici (formatiuni membranare). Trombocitele sunt tinute in aceste membrane interne in citoplasma megacariocitelor. (1)

Exista doua procese propuse pentru a explica eliberarea trombocitelor. Intr-un scenariu, procesele proto-plachetare se rup exploziv pentru a forma plachete (trombocite). Alternativ, celula poate forma panglici plachetare in vasele de sange. Panglicele sunt formate de pseudopode care continua sa emita plachete in circulatie. In fiecare varianta, un proces proto-plachetar poate forma pana la 5.000 de plachete noi. In mare, doua treimi din aceste nou produse plachete vor ramane in circulatie in timp ce o treime va fi sechestrata in splina. (4)