Содержание к диссертации
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1.1. ЭФФЕКТЫ И МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ЦИТОСТАТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА КРОВЕТВОР1ГУЮ ТКАНЬ
1.1.1. Влияние алкилирующих соединений на систему крови 2 ,
1.1.2. Изменения процессов кроветворения после применения антиметаболитов
1.2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ:© МЕХАНИЗМАХ РЕГУЛЯЦИИ ГЕМОПОЭЗА В: , УСЛОВИЯХ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ И ПРИ ЦИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ \.2Л. Гемопоэзиндуцируюш;ее микроокружение
1.2.2., Нейроэндокринная система •
1.3: ПРИНЦИПБ1 ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ НАРУШЕНИЙ В СИСТЕМЕ КРОВИ, ВЫЗВАННЫХ цитостАтикАми ' ^ • :
Введение к работе
тиков, невротические воздействия и др.) эритроидные и гранулоцитарные прекурсоры приобретают чувствительность к катехоламинам и адренотропным препаратам, на которые они способны отвечать и вне структур кроветворного микроокружения [Maestroni G.L. et al., 1997; Гольдберг Е.Д. и др., 1997, 2004]. В то же время ни в одном из известных нам экспериментов исследователи не рассматривают совместное влияние гемопоэтических факторов роста и лигандов адренергических, дофаминергических и серотонинергических рецепторов на предшественники кроветворения при патологических состояниях.
Другим аспектом рассматриваемой проблемы является вопрос о роли моноаминов центральной нервной системы (ЦНС) в регуляции гемопоэза.
Существуют сведения о возможности эффекторного воздействия различных нейромедиаторных систем мозга (адренергическая, дофаминергическая, серотонинергическая, М-холинергическая, ГАМК-ергическая) на клеточность отдельных ростков кроветворения при невротических воздействиях [Гольдберг Е.Д. и др., 2002, 2004]. Активация центральных звеньев дофаминергической системы вызывает иммуностимуляцию, сопровождающуюся накоплением в костном мозге CD4'*' Т-клеток, увеличением числа антителообразующих и розеткообразующих клеток в селезенке животных, отменой стрессиндуцированного угнетения иммунной реакции, а также усилением пролиферативного ответа Т-лимфоцитов к митогенам [Девойно Л.В., Ильюченок Р.Ю., 1993; Идова Г.В., 1994; Tsao C.W. et al., 1997; Идова Г.В. и др., 2001] .
Однако представленные данные литературы не позволяют сформировать четкого представления о регуляторном влиянии* центральных моноаминов на пул коммитированных клеток-предшественников гемопоэза, а также функции ГИМ в норме и при различных патологических состояниях (включая цитостатические гемодепрессии).
Принимая во внимание вышеизложенное, представляет несомненный интерес изучение роли центральных и периферических моноаминов в развитии миелосупрессии и последз^ющей регенерации кроветворной ткани при цитостатических воздействиях, а также особенностей адренергического, дофаминергического и серотонинергического контроля процессов пролиферации и дифференцировки гемопоэтических прекурсоров и функциональной активности гемопоэзиндуцирующего микроокружения. Исследование в данном контексте представляет не только теоретический, но и практический интерес, так как полученные результаты станут основой для разработки новых оригинальных методов коррекции гематологических нарушений при миелосупрессиях, вызванных введением противоопухолевых препаратов.
Цель исследования: изучить механизмы-регуляторного влияния адренергической, дофаминергической и серотонинергической систем на кроветворную ткань при цитостатических миелосупрессиях.
Задачи исследования:
1. Оценить участие адренергической, дофаминергической и серотонинергической систем в развитии нарушений в системе крови в условиях введения циклофосфана и 5-фторурацила.
2. Исследовать особенности моноаминергической регуляции деления и созревания кроветворных клеток-предшественников при назначении цитостатиков.
3. Вскрыть специфические для адренергической, дофаминергической и серотонинергической систем механизмы восстановления функциональной активности элементов гемопоэзиндуцирующего микроокружения при моделировании цитостатических миелосупрессий.
4. Оценить вклад моноаминергических систем в реализацию регуляторных эффектов гемопоэтинов (эритропоэтина, Г-КСФ) в условиях введения циклофосфана и 5-фторурацила.
5. Разработать патогенетически обоснованные методы коррекции нарушений в эритроидном и гранулоцитарном ростках кроветворения при цитостатических воздействиях, основанные на модуляции активности центральных и периферических моноаминергических структур.
Положения, выносимые на защиту:
1, При гипопластических состояниях, моделированных введением алкилирующего агента (циклофосфан) или фторпиримидинового антиметаболита
(5-фторурацил) в 1/3 МПД, пролиферация и дифференцировка коммитированных кроветворных предшественников и функциональная активность клеточных элементов ГИМ, системы КСФ и эритропоэтина находятся под контролем адренергической, дофаминергической и серотонинергической систем.
При этом серотонинергическая система в большей степени ответственна за изменения СО стороны эритрона, а адренергическая и дофаминергическая — в гранулоцитарном ростке кроветворения.
2..Основными причинами различных темпов и характера регенерации костномозговой ткани при назначении алкилирующего агента и фторпиримидинового антиметаболита выступают специфическая, активность центральных адренергических, дофаминергических и серотонинергических структзф и особенности их взаимодействия с гемопоэтическими прекурсорами и клетками ГИМ; а также избирательная-чувствительность эритропоэтина и Г-КСФ к регуляторному влиянию моноаминов.
3; В?.условиях введения циклофосфана ингибирз^зщее действие.адренергической системы на гранулоцитарный и эритроидный ростки кроветворения опосредовано угнетением функциональной активности адгезирующих клеток.
FHM (образование F0^ продукция ЭЕА) и снижением- скорости деления грануломоноцитарных предшественников (связанное: с F-КСФ-и пёриферичег;.
скими адренергическими механизмами). Ускорение процессову регенерации^ кроветворной ткани адренергической системой при назначении^ 5- фторурацила обусловлено- формированием КО,- продукцией Э1Ш неадгезирующими клетками ГИМ и увеличением уровня KGA в сыворотке крови. При; этом стимуляция пролиферативной активности прекурсоров; гемопоэза. обу--.
словлена КСФ, эритропоэтином, а- и Р-адренергическими структурами.
4. Дофаминергическая система углубляет нарушения структурнофункциональной организации преимущественно эритроидного компартмента кроветворения, вызванные алкилирующим агентом, что приводит к задержке регенерации эритропоэза и более выраженной ретикулоцитопении в периферической крови. При этом имеет место стимуляция Г-КСФ- и дофаминзависимых механизмов контроля- пролиферации грануломоноцитарных предшественников, препятствующая развитию нейтрофильной лейкопении.
5..При^ назначении^ 5-фторурацила дофаминергическая, система, с одной: стороны, увеличивает темпы регенерации эритрона (в силу роста уровня сывороточной ЭИА и эритропоэтин-зависимой активации пролиферации КОЕЭ), с другой стороны, задерживает восстановление гранулоцитарного ростка кроветворения (за счет снижения продукции КСА адгезирующими клетками
6. При цитостатических воздействиях серотонинергическая система усугубляет развитие депрессии эритропоэза: в условиях введения алкилирующего агента это связано с угнетением формирования эритроидных ГО и функциональной активности эритроидных предшественников (опосредованной системой эритропоэтина) и падением уровня ЭПА в биологически активных средах, при назначении фторпиримидинового антиметаболита - с уменьшением секреции ЭПА клетками адгезирующей фракции ГИМ. Вместе с тем, при использовании 5-фторурацила серотонин ЦНС увеличивает скорость регенерации гранулоцитарного ростка кроветворения путем усиления образования гранулоцитарных и смешанных ГО и стимуляции опосредованной системой КСФ деления и созревания грануломоноцитарных прекурсоров.
7. В условиях цитостатической миелосупрессии, вызванной введением циклофосфана, истош;ение депо катехоламинов резерпином значительно увеличивает гранулоцитопоэзстимулирующую активность Г-КСФ за счет организации в костном мозге de novo гранулоцитарных и смешанных ГО. Нарушение серотониновой медиации в ЦНС ципрогептадином оказывает потенцирующее действие на эритропоэзстимулирующие эффекты эритропоэтина во многом благодаря восстановлению нарушенной антиметаболитом структурно-функциональной организации эритроидного компартмента кроветворения.
Научная новизна. В работе в сравнительном аспекте впервые изучена роль адренергической, дофаминергической и серотонинергическои систем в развитии миелосупрессии и регенерации кроветворной ткани на моделях цитостатических воздействий, вызванных алкилирующим агентом и антиметаболитом. Продемонстрировано, что регулирующие эффекты центральных моноаминергических систем осуществляются через адренергические, дофаминергические и серотонинергические структуры на коммитированных кроветворных предшественниках и клеточных элементах ГР1М, а также опосредовано - через системы эритропоэтина и КСФ. Выявлено, что в условиях цитостатических воздействий чувствительность прекурсоров гемопоэза к прямому действию лигандов моноаминергической природы возрастает, однако в динамике развития гипопластического состояния прослеживается не только стимуляция деления и созревания КОЕ, но и ингибиция данных процессов, В культуре дофамин и серотонин оказывают супрессирующее влияние на опосредованную гемопоэтическими факторами роста пролиферативную активность кроветворных предшественников, в то же время адреномиметики повышают темпы роста КОЕ-ГМ (более при назначении циклофосфана) и угнетают выход КОЕ-Э в присутствии эритропоэтина.
In vitro показано, что N-ацетилнейраминовая кислота увеличивает связывающую способность адгезирующих клеток ГИМ, подвергнутых воздействию алкилирующего агента, в отношении предварительно обработанных изадрином или серотонином предшественников эритропоэза.
Истощение депо катехоламинов (резерпин) препятствует развитию депрессии костномозгового гранулоцитопоэза и ускоряет восстановление гемопоэтической ткани после назначения циклофосфана, что преимущественно связано с формированием de novo гемопоэтических островков в костном мозге и продукцией ЭПА адгезирующими нуклеарами. При этом возрастают сопряженные с Г-КСФ {период ингибиции) и адреноструктурами {период регеHepaifim) деление и созревание грануломоноцитарных предшественников, а также эритропоэтин {период ингибиции) - и катехоламин {1-7-е сутки) - зависимая дифференцировка эритроидных клеток. Ингибиция симпатолитиком кроветворения в условиях введения антиметаболита вызвана, в первую очередь, нарушениями функций ГИМ (образования ГО и секреции ЭПА неадгезирующими миелокариоцитами) и снижением уровня сывороточного КСА, во вторую очередь, угнетением функциональной активности кроветворных предшественников, опосредованной гемопоэтинами и катехоламинами (период ингибиции) и Р-адренергическими структурами, эритропоэтином {период регенерации).
Фармакологическая блокада постсинаптических дофаминовых Д2 рецепторов (галоперидол) усугубляет гипоплазию гранулоцитопоэза в условиях введения алкилирующего агента, что обусловлено разрушением ГО гранулоцитарного и эритро-гранулоцитарного типов и сокращением пула пролиферирующихКОЕ-ГМ. В противоположность этому, галоперидол, повышая функциональную активность адгезирующих клеток, уровень ЭПА в сыворотке крови и интенсивность дифференцировки КОЕ-Э, увеличивает скорость регенерации эритропоэза. При назначении антиметаболита в основе стимуляции галоперидолом гранулоцитопоэза лежит возрастание секреции КСА адгезирующими клетками ГИМ и высокая пролиферативная активность предшественников грануломоноцитопоэза, опосредованная периферическими дофаминергическими механизмами и Г-КСФ, при этом ингибиция эритрона сопряжена с угнетением деления и созревания эритроидных клеток, опосредованных эритропоэтином и дофаминергическими структурами.
Нарушение серотониновой медиации в ЦНС ципрогептадином увеличивает уровень ЭПА в сыворотке крови и кондиционных средах адгезирующих миелокариоцитов в период ингибиции и угнетает периферические серотониновые механизмы регуляции эритроидных предшественников в сроки восстановления кроветворной ткани при назначении циклофосфана, что соответствующим образом отражается на содержании морфологически распознаваемых эритроидных клеток в системе крови (увеличение их числа в период депрессии эритрона и снижение - в сроки регенерации). При введении 5- фторурацила основным условием ускорения антисеротониновым препаратом регенерации гемопоэза (преимущественно эритроидного ростка кроветворения) выступают стимуляция формирования de novo эритроидных и гранулоцитарных ГО, а также серотониновых и цитокиновых механизмов контроля пролиферации грануломоноцитарных предшественников.
Впервые продемонстрировано, что в условиях введения циклофосфана уменьшение депо катехоламинов потенцирует гранулоцитопоэзстимулирующий эффект Г-КСФ, а фармакологическая блокада постсинаптических серотониновых С2 рецепторов усиливает эритропоэзстимулирующее действие эритропоэтина при назначении 5-фторурацила, что связано с опережающим восстановлением структурно-функциональной организации костного мозга (формирование ГО).
В условиях оптимальной жизнедеятельности организма (интактные животные) in vitro установлена стимуляция дофамином роста колоний преимуп];ественно грануломоноцитарного типа, серотонином - эритроидного типа.
Истощение in vivo депо катехоламинов приводит к уменьшению выхода КОЕ-ГМ под действием Г-КСФ, мезатона и изадрина, но стимулирует in vitro образование КОЕ-Э в культуре с эритропоэтином и адреномиметиками. Нарушение дофаминовой медиации в ЦНС избирательно уменьшает число гранулоцитарно-макрофагальных колоний (ш vitro дофамин), фармакологическая блокада постсинаптических серотониновых С2 рецепторов мозга угнетает эритроидное колониеобразование {in vitro серотонин).
Практическое значение работы. Показана важная роль адренергической, дофаминергической и серотонинергической систем в развитии миелос)Ч1рессии и регенерации костномозговой ткани в условиях цитостатических воздействий, выявлены основы регуляторного влияния центральных моноаминергических структур на коммитированные кроветворные клеткипредшественники и гемопоэзиндуцирующее микроокружение. Полученные данные вносят существенный вклад в понимание специфических моноаминергических механизмов контроля эритропоэза и гранулоцитопоэза при моделировании миелосупрессии введением цитостатиков с различным механизмом действия.
Результаты экспериментального исследования дают возможность определить патогенетически обоснованные методы фармакологической коррекЦИИ гипопластических состояний кроветворения с помощью лекарственных средств, модулирующих активность центральных и периферических моноаминергических структур.
Материалы по доклиническому исследованию препарата гранулоцитарного колонистимулирующего фактора нейтростима, разработанного НИИ фармакологии СО РАМН совместно с ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» (Новосибирск), представлены в Фармакологический комитет МЗ и СР РФ, получено разрешение на его клиническое применение и производство (РУ № ЛСР - 010185/08).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на на)^ных конференциях ВОИИ фармакологии ТНЦ СО РАМН: «Актуальные проблемы фармакологии и фармакотерапии» (Томск, 1996), конференции фармакологов Сибири и Дальнего Востока, посвященной
15-летию НИИ фармакологии ТНЦ СО РАМН'(Томск, 1999), «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической фармакологии» (Томск, 2001, 2002), «Актуальные проблемы фармакологии» (Томск, 2004); на V, VI, VIII, VIV Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 1998, 1999, 2001, 2002), на конференции молодых ученых СО РАМН "Фундаментальные и прикладные проблемы современной медицины" (Новосибирск, 2000); на Международной научной конференции "Поиск, разработка и внедрение новых лекарственных средств и организационных форм фармацевтической деятельности" (Томск, 2000); на XII международной конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002); на конференции "Актуальные вопросы экспериментальной и клинической морфологии" (Томск, 2002); на 4-ом съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 2002); на XIX съезде Физиологического общества им, И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004); на конференции «Фармакологическая регуляция стволовой клетки» (Томск, 2005); на 4-ой Международной конференции «Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам» (Москва, 2006); на Республиканской научной конференции «Создание новых лекарственных препаратов» (Томск, 2007); на конференции «Проблемы онкофармакологии» (Томск, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликована 60 работ, из них 21 в журналах, рекомендованных «Перечнем ...» ВАК Минобрнауки России.
Получен патент (RU) № 2317541 «Способ изучения гемопоэза с учетом особенностей высшей нервной деятельности» (опубл. 20.02.2008 г., Бюл. №
5); получено решение о выдаче патента (RU) «Средство, препятствуюш;ее развитию депрессии эритроидного ростка кроветворения при цитостатических миелодепрессиях» (№ 2007137872 от 12.09.2008 г.).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 492 страницах машинописного текста, иллюстирована 39 рисунками, 147 таблицами и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка цитируемой литературы, включаюп^его 650 источников, из них 222 отечественных и 428 зарубежных.
