LYMPHATIC SYSTEM IN NATURAL-HISTORICAL ASPECT. PART 2.pdf ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛИМФАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ: ИСТОРИЧЕСКАЯ ПЕРСПЕКТИВА Дебаты по поводу эмбриологического источника кровеносных и лимфатических сосудов у человека идут уже более 100 лет. Из-за отсутствия молекулярных и генетических инструментов для определения источника развития лимфатических сосудов, ученые проводили многочисленные исследования, используя животные модели - эмбрионы кошек, собак, домашних История медицины / History of medicine 81 Issues of Reconstructive and Plastic Surgery No. 2 (69) June’ 2019 птиц, черепах, форели и других костистых рыб, таких как карпы (первый обзор выполнен C.F.W. McClure в 1921 г. [7]). Несмотря на недостаток технологий, на основании только анатомических и эмбриологических данных были выдвинуты несколько гипотез, часть из которых актуальны до сих пор. В 1902 г. американская анатом Florence Sabin, основываясь на экспериментах с инъецированием красителя в эмбрионы свиней, предположила, что лимфатические мешки отпочковываются от кардинальной вены (рис. 1). В дальнейшем LEC мигрируют и постепенно рассеиваются по всему организму от центра к периферии. На основе этих выводов была сформирована «центрифугальная» теория лимфангиогенеза [2, 3], которая в дальнейшем дала начало уже известной нам «венозной» модели происхождения лимфатической системы. Рис. 1. Сигнальные пути и молекулярные механизмы контроля лимфатической спецификации и спрутинга лимфатических сосудов. (A) Prox1 - ключевой транскрипционный фактор в эмбриологии лимфатической системы. Его экспрессия регулируется транскрипционными факторами Sox18 и Coup-TFII, а также косвенно Wnt5b или Bmp2b. Сигнальный путь Notch - негативный регулятор спецификации LEC. (В). В дальнейшем, после спецификации LEC, эти лимфатические эндотелиальные клетки мигрируют в соответствии с Vegfc и в зависимости от уровня Vegfr3. Роль Notch-сигнального пути остается неясной Fig. 1. Signal pathways and molecular mechanisms of control of lymphatic specification and sprouting of lymphatic vessels. (A) Prox1 - key transcription factor in embryology of the lymphatic system. Its expression is regulated by Sox18 and Coup-TFII transcription factors, as well as, indirectly by Wnt5b or Bmp2b. Notch signal pathway is a negative regulator of LEC specification. (В). Further, upon LEC specification, these lymphatic endothelial cells migrate according to Vegfc and depending on the Vegfr3 level. The role of Notch signal pathway remains unclear Анатомы G.S. Huntington и C.F.W. McClure изучали происхождение лимфатических сосудов, используя серийные гистологические срезы эмбрионов домашних кошек [4]. Они сделали вывод о том, что лимфатические сосуды формируются из изолированных пространств в мезенхиме, а затем мезенхимальные клетки трансформируются в LEC. В дальнейшем LEC создают примитивную лимфатическую сеть, которая в конечном итоге своего развития соединяется с венозной системой [4]. В отличие от модели, предложенной R.F. Sabin, находки C.F.W. McClure и G.S. Huntington представляют собой «центрипетальную теорию», в соответствие с которой LEC происходят из мезенхимы и растут от периферии к центру. В дальнейшем эта теории получила развитие как «невенозная» модель происхождения лимфатической системы. ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЛИ У ЛИМФАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТОЛЬКО ОДИН ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК? Современные исследователи пытаются ответить на этот вопрос с помощью методик генетических трейсеров, молекулярных инструментов и возможности наблюдать за эмбрионами in vivo. Обнаружение того факта, что ген Prox1 специфически экспрессируется в субпопуляциях эндотелиальных клеток, расположенных на дорзолатеральной части передней кардинальной вены [5, 6] и интерсомитных венах [7] на стадии эмбрионального развития E9.5 - E9.75, а также то обстоятельство, что именно Prox1-позитивные эндотелиальные клетки в дальнейшем отпочковываются для того чтобы дать рост лимфатическим мешкам [6], окончательно убедили в достоверности «венозной» модели происхождения лимфатической системы, предложенной в 1902 г. F. Sabin. Эта идея в дальнейшем получила подтверждение при live-исследованиях эмбрионов zebrafish. В одном из последних исследований, с помощью Tie2-Cre-основанного трейсинга (позволяющего отследить судьбу венозных /эндотелиальных клеток), за которым следовала иммунномаркировка анти-Prox1 антителами на стадии E11.5 - E13.5, было установлено, что большая часть Prox1-позитивных клеток имела венозное происхождение. Интересным является тот факт, что не все Prox1-позитивные клетки были маркированы антителами. Такие результаты могут быть получены, если существуют Prox1позитивные клетки, имеющие происхождение, отличное от венозного. До последнего времени эта гипотеза не привлекала особого внимания. Live-исследования эмбрионов zebrafish c пан-эндотелиальным трейсером Tg(fli1:EGFP)y1 [8], с помощью которого можно отметить как артериальные, венозные, так и лимфатические сосуды, подтвердили данные о том, что предшественники LEC имеют начало в задней кардинальной вене и мигрируют дорзально для того чтобы дать рост парахордальным клеткам (PACs). Хотя эти результаты и оставляют 82 Дудников А.В., Байтингер В.Ф., Курочкина О.С. № 2 (69) июнь’ 2019 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии без сомнений венозное происхождение лимфатических сосудов у zebrafish, они не могут исключить влияние дополнительных клеток в этом процессе - тех, которые не были отмечены панэндотелиальным трейсером fli1. ПРИНИМАЮТ ЛИ УЧАСТИЕ КЛЕТКИ НЕВЕНОЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В РАЗВИТИИ ЛИМФАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ? Еще в 1932 г. E.R. Vander Jagt показал на эмбрионах черепах, что передние лимфатические мешки имеют как мезенхимальное, так и венозное происхождение [13]. Прошло более 70 лет до того момента, когда впервые удалось найти доказательства одновременно венозного и невенозного происхождения лимфатического эндотелия у эмбрионов птиц [10]. В этих исследованиях, целью которых было определить происхождение поверхностной (дермальной) и глубокой (югулярной) сетей лимфатической системы, парааксиальная ткань и ткань мезодермы перепелов трансплантировалась в эмбрионы курицы. Анализ полученных химерных организмов открыл тот факт, что глубокие лимфатические мешки происходят из ангиобластов ткани парааксиальной мезодермы, в то время как поверхностные сети лимфатической системы имеют невенозное происхождение. Более современные исследования также подтвердили двойное происхождение LEC у Xenopus [11]. Появляются доказательства и того, что предшественники лимфатической системы имеют двойное происхождение также у zebrafish. Например, лицевая лимфатическая сеть у zebrafish, как было обнаружено, происходит путем спрутинга из общей кардинальной вены (CCV), а также из дополнительной популяции ангиобластов, которые в конце концов присоединяются к мигрирующим клеткам из CCV [15]. Интересным является тот факт, что хотя эти ангиобласты были отмечены венозным/лимфатическим маркером lyve1, они также экспрессировали ранее не установленный маркер ангиобластов kdrl. Это позволило оставить вопрос о влиянии невенозных элементов в развитии лимфатической системы открытым. К тому же, более поздние исследования открыли ранее неизвестный пул специализированных ангиобластов на дне кардинальной вены, появляющихся на стадии 22- 24 hpf, которые в дальнейшем дают рост парахордальным клеткам [12], а также артериальному и венозному эндотелию [13, 14]. Как показали исследования, на молекулярном уровне эти ангиобласты отличались более выраженной экспрессией маркеров, характерных для других ангиобластов и артериального эндотелия, а их источник располагался в латеральной пластинке мезодермы. К тому же эти клетки давали рост LEC путем асимметричного деления, которое обычно не наблюдается у окончательно дифференцированных венозных эндотелиальных клеток. Наличие бипотентных предшественников, расположенных в дорзальной части задней кардинальной вены (PCV) на стадии 32 hpf, также было показано в исследовании Koltowska. У zebrafish эти бипотентные предшественники также имеют способность трансформироваться в LEC путем ассиметричного деления, подтверждая идею о том, что кроме дифференцированных венозных эндотелиальных клеток LEC могут давать рост и недифференцированные предшественники. Суммируя все вышеупомянутые находки, можно сделать вывод о том, что у zebrafish смешанное происхождение, как минимум, для двух лимфатических бассейнов: лицевая лимфатическая сеть в большинстве своем происходит путем спрутинга из CCV с дополнительной миграцией из пока неизвестных источников, в то время как лимфатическая сеть остального туловища берет начало из ангиобластов/бипотентных предшественников мезодермы. На данный момент неизвестно, имеется ли такая же гетерогенность в происхождении лимфатической системы у более высших позвоночных, в том числе у человека. ПОЯВЛЕНИЕ ЛИМФАТИЧЕСКИХ КОЛЛЕКТОРОВ, ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ И ЛИМФОВЕНОЗНЫХ СООБЩЕНИЙ Как уже упоминалось выше, развитие лимфатической системы подробно было описано у некоторых видов млекопитающих [7], но представления о раннем лимфангиогенезе до сих пор основаны на старой модели F. Sabin. Анатом Florence Sabin, впервые сформировавшая «центрифугальную» модель развития лимфатической системы, господствующую до сих пор Anatomist Florence Sabin, who was the first formulating the non-centrifugal model of the lymphatic system, which predominated till now История медицины / History of medicine 83 Issues of Reconstructive and Plastic Surgery No. 2 (69) June’ 2019 В период 8-9-й гестационной недели (GW9, gestation week) в результате спецификации, миграции и спрутинга LEC у человека формируется шесть первичных лимфатических мешков: два югулярных (в месте соединения подключичных вен и передних кардинальных вен эмбриона), два подвздошных (в месте соединения подвздошных вен и задних кардинальных вен эмбриона), один ретроперитонеальный (в области корня брыжейки по задней брюшной стенке) и один лимфатический (cisterna chyli) в области надпочечников. В дальнейшем, распространяясь по ходу крупных вен, ответвления от лимфатических мешков дают начало крупным коллекторам: к голове, шее и верхним конечностям из югулярных лимфатических мешков, к нижней части туловища и нижним конечностям из подвздошных лимфатических мешков, к органам желудочнокишечного тракта (ЖКТ) из ретроперитонеального лимфатического мешка и cisterna chyli. Cisterna chyli соединяется с югулярными мешками с помощью двух каналов - левого и правого грудных протоков. Анастомоз между этими протоками формирует окончательно грудной лимфатический проток, полученный из слияния каудальной порции правого грудного протока и краниальной порции левого (рис. 2, 3). Рис. 2. Лимфатические мешки по F. Sabin: Jugilar lymph sac - югулярный лимфатический мешок; Subclavian lymph sac - подключичный лимфатический мешок; Retroperitoneal lymph sac - ретроперитонеальный лимфатический мешок; Iliac lymph sac - подвздошный лимфатический мешок Fig. 2. F. Sabin lymph sacs: Jugilar lymph sac, Subclavian lymph sac, Retroperitoneal lymph sac, and Iliac lymph sac Рис. 3. Схема образования грудного лимфатического протока по F. Sabin Fig. 3. F. Sabin scheme of formation of thoracic duct Каудально и левый и правый грудной проток впадают в угол между подключичными и яремными венами. В течение первых 3 мес жизни все лимфатические мешки (кроме каудальной части cisterna chyli, персистирующей у взрослых) превращаются в различные группы лимфатических узлов. Окружающие лимфатические мешки мезенхимальные клетки инвагинируют в них, образуя лимфатические синусы, а также давая рост капсулам будущих лимфатических узлов. Аналогичные лимфатические узлы появляются по ходу всех крупных коллекторов лимфатической системы. Исследования Slp76- (SRChomology 2domain-containing leukocyte protein of 76 kDa) и Syk- (spleen tyrosine kinase, селезеночная тирозинкиназа) мутантных мышей позволили впервые открыть механизмы, предотвращающие образование патологических шунтов между лимфатическими и кровеносными сосудами [15, 16]. В случаях и Slp76-, и Syk-нокаутированных мышей отмечалось патологическое наполнение лимфатического русла кровью из кровеносных сосудов на стадии E11.5, чаще всего патологические шунты располагались в области югулярных лимфатических мешков [16]. Ненормальное наполнение кровью лимфатической системы также наблюдалось в случае Plcg2 (Phospholipase Cy2)-нокаутированных мышей [17]. Пересадка костного мозга, содержащего нокаутированный Plcg2EGFP/EGFP ген, мышам приводило к формированию шунтов, не существующих в норме,на всем протяжении лимфатической системы [17]. В 1985 г. G. Hidden и соавт. утверждали, что «существует физиологическая необходимость в образовании лимфовенозных сообщений в точках, отличных от конечного впадения грудных протоков в систему верхней полой вены» [18]. Jugular sac (lymph nod) Sup. v.c Thoracic dact Cisterna chyli Iliac lymph sac (post. sac) Retroperitoneal sac Jugular lymph sac Thoracic dact Retroperitoneal lymph sac Cisterna chyli Iliac lymph sac Iliac c) Subclavian lymph sac Superfacial cervical lymph sac 84 Дудников А.В., Байтингер В.Ф., Курочкина О.С. № 2 (69) июнь’ 2019 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии Первые анатомические описания лимфовенозных сообщений у разных видов млекопитающих датируются началом XX в. Рис. 4. Алгоритм постановки диагноза из группы первичных лимфедем по Cornell, 2010, 2013 Fig. 4. Algorithm of diagnosis of primary lymphedemas by Cornell, 2010, 2013 В 1948 г. были обнаружены лимфовенозные сообщения между грудным протоком и непарной веной у человека. Эти находки также подтвер ждались данными лимфангиографии с использованием радиоконтрастных препаратов и трей серов. В настоящее время выделяют несколько видов лимфовенозных сообщений - лимфатических коллекторов повышенным объемом лимфы [19, 20]. Существование лимфовенозных сообщений описывается только в случае наличия значительной обструкции нижележащих отделов лимфатической системы [21-26], в то время как доказательств наличия таковых у здоровых людей не найдено [27-29]. Однако эмбриологические механизмы наличия лимфовенозных сообщений на данный момент не известны, и их еще предстоит выяснить. КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ЛИМФАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В ЕСТЕСТВЕННО- ИСТОРИЧЕСКОМ АСПЕКТЕ Знание процессов закладки и развития лимфатической системы в пренатальном онтогенезе, в первую очередь, важно для понимания причин развития врожденных заболеваний лимфатического русла. Для клиницистов-лимфологов интерес представляют, прежде всего, многочисленные врожденные синдромы, включающие в себя синдром лимфедемы и объединенные в одну общую группу «первичных лимфедем». Многими авторами оспаривается целесообразность классификации первичных лимфедем в зависимости от возраста дебюта заболевания (конгенитальная, перипубертатная и с поздним началом) [30] и предлагаются новые классификации, основанные на клиническом фенотипе, семейной истории, возраста дебюта, сопутствующих аномалий, локальных или системных проявлений и генетического субстрата [30-32] (см. рис. 1). Тем не менее, в настоящее время широкое применение все еще имеет классификация первичных лимфедем в зависимости от возраста дебюта заболевания. Лимфедема может возникать вместе с другими клиническими проявлениями, в рамках какого-либо синдрома [32]. Всего на данный момент выделено 19 генов, мутации в которых могут приводить к изолированным или синдромальным формам лимфедемы [32] (таблица). Изолированные и синдромальные формы лимфедемы Известный синдром Хромосомная/генная аномалия Aegenes синдром Дефицит гликопротеина типов 1а, 1b, 1h Cardio-facio-cutaneous синдром CHARGE синдром Хоанальнаяатрезия - лимфедема Эктодермальнаядисплазия, ангидроз, иммунодефицит, остеопороз, лимфедема (OLEDAID синдром) БолезньFabry локус в 15q PMM2, PM1, ALG8 KRAS, BRAF, MAP2K1 CDH7 PTPN14 IKBKG (NEMO) GLA центральные (в яремно-подключичные углы), в лимфатических узлах и периферические. Наличие лимфовенозных сообщений в лимфатических узлах существует у здоровых людей в норме и наиболее выражено при перегрузке История медицины / History of medicine 85 Issues of Reconstructive and Plastic Surgery No. 2 (69) June’ 2019 Окончание таблицы Известный синдром Хромосомная/генная аномалия Hennekamсиндром (лимфангиэктазия-лимфедема) Гипотрихоз-лимфедема-телеангиэктазия Irons-Bianchi синдром Лимфедема-Миелодисплазия (Embergerсиндром) Макроцефалия-капиллярныемальформации (MCM синдром), CLOVES, Klippe- Trenanunay-Weber синдром Микроцефалия-хориоретинопатия-лимфедема-умственная отсталость (MCLMR) Mucke синдром Noonan синдром Окуло-денто-дигитальный синдром (ODD синдром) Прогрессирующая энцефалопатия, гипсарритмия, оптическая атрофия (PEHO) Phelan-McDermid синдром PraderWilli Тромбоцитопения Turner синдром Велокардиофациальный синдром YellowNail синдром, дистихиаз, птоз, лимфедема Nonne-Milroyлимфедема Milroy-подобная лимфедема Наследственная лимфедемаII (Meigeлимфедема) Фетальный хилоторакс Costello синдром Proteus синдром CCBE1 SOX18 неизвестно GATA2 PIK3CA KIF11 неизвестно PTPN11, KRAS, SOS1 GJA1 (CX43) неизвестно 22q 15q11 1q21.1 45XO 22q11 FOXC2 FLT4 (VEGFR3) VEGFC GJC2 (CX47) ITGA9 HRAS PTEN Однако различная пенетрантность генов приводит к различной клинической картине даже у пациентов с задокументированной схожей генетической аномалией [30, 31], что зачастую приводит к сложностям в постановке диагноза, основываясь только на фенотипическом проявлении. Интересным является тот факт, что треть всех первичных лимфедем своей причиной имеет аномалии в каком-либо участке VEGF-C/VEGFR-3 сигнальном пути [31, 33] (рис. 5). Рис. 5. VEGF-C/VEGFR-3 сигнальный путь Fig. 5. VEGF-C/VEGFR-3 signal pathway С этой точки зрения, применение генной терапии у пациентов с генетической аномалией в вышеуказанном сигнальном пути является целесообразным и уже имеет положительные результаты в доклинических испытаниях [34]. С точки зрения патоморфологии лимфатического русла, транспорт лимфы при первичной лимфедеме может быть нарушен из-за гипоплазии инициальной лимфатической сети, анормальным покрытием инициальных лимфатических капилляров базальной мембраной и гладкомышечными элементами, недостаточной функцией клапанов [35] (рис. 6). Однако, по литературным данным, различные генетические аномалии могут приводить к одинаковым морфологическим проявлениям, и наоборот, в клинических случаях с одинаковой исходной генетической мутацией могут наблюдаться разные патоморфологические изменения [35]. Данный вывод позволяет говорить о гораздо большей сложности системы генетической регуляции развития и функционирования лимфатической системы и является еще одним аргументом в пользу создания классификаций первичных лимфедем, основанной на фенотипе. 86 Дудников А.В., Байтингер В.Ф., Курочкина О.С. № 2 (69) июнь’ 2019 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии Рис. 6. Слева - нормальная лимфатическая сосудистая сеть. Справа - лимфатическая сеть при первичной лимфедеме. Синим цветом обозначены возможные гены, приводящие к аномалии на том или ином участке лимфатической сети, в порядке убывания по частоте нахождения аномалии Fig. 6. Left - normal lymphatic vasculature. Right- lymphatic vasculature at primary lymphedema. Blue color is for possible genes leading to anomaly at some oк other part of the lymphatic vasculature in the descending order in terms of the frequency of anomaly detection ЗАКЛЮЧЕНИЕ С точки зрения филогенеза, появление лимфатической системы было логичным: эволюционный скачок в размерах животных сопровождался усложнением и появлением более эффективной сердечно-сосудистой системы, жизненно необходимой для питания возросшего количества тканей и органов. Под увеличением эффективности сердечно-сосудистой системы, в первую очередь, подразумевается увеличение ударных объемов сердца и значений систолического давления - без мощного мышечного органа была бы невозможна эффективная и достаточная перфузия тканей. По теории Старлинга (о водном обмене в микроциркуляторном русле), количество «утекшей» жидкости на уровне артериол выше, чем реабсорбированной на уровне венул (что, опять же, объясняется возросшим в ходе эволюции соотношением ударных объемов сердца и размеров организма). Здесь и становится понятной основная функция лимфатической системы, которая заключается в возврате воды из межклеточного пространства, на реабсорбцию которых не приспособлена система сердечно-сосудистая. Следует отметить, что выведение продуктов обмена тканей с помощью лимфатической системы выходит на второй план после восстановления равновесия жидкости в организме: как известно, наибольшее значение в утилизации продуктов обмена белков, углеводов и жиров выполняют другие органы и системы, такие как легкие, печень, почки и т.д. По вышеописанной причине (невозможность эффективной реабсорбции жидкости на уровне венул и необходимость поддержания гомеостаза сердечнососудистой системы) лимфатическая система является дериватом венозной - эволюционно возникла потребность в появлении «дренажной» системы, чьи корни начинались бы в межклеточном пространстве, и ток жидкости имел бы направление, схожее с венозным (в сторону правого предсердия). С точки зрения онтогенеза, в настоящее время благодаря современным генетическим, иммунологическим методикам, а также возможности проводить live-исследования на биологических моделях in vivo окончательно утвердилась смешанная модель происхождения лимфатической системы (из эндотелиальных клеток кардинальной вены и других ангиобластов мезенхимы с отличительным набором маркеров, из пока неустановленных источников). Это свидетельствует о гораздо большей сложности устройства лимфатической системы, чем считалось ранее. Анатомическим субстратом, косвенно свидетельствующим о происхождении лимфатической системы из венозной, являются лимфовенозные анастомозы (в норме крови в лимфатической системе нет, поэтому позволим себе утверждать, что направление тока жидкости из лимфатических коллекторов в сторону вен) в забрюшинной клетчатке и грудной полости между грудным протоком и непарной веной. В отношении частичного происхождения LEC из бипотенных ангиобластов мезенхимы -обнаруженные факты лишь говорят о том, что при движении из краниальных отделов в сторону каудальных вовлеченность в эмбриогенез лимфатической системы невенозных источников значительно уменьшается. В результате этого, возможно, следует выдвинуть возможное объяснение того факта, что первичные лимфедемы почти исключительно поражают в начале заболевания нижние конечности. Открытым вопросом остается вопрос о том, насколько похожа модель развития лимфатической системы человека на таковую у мышей и zebrafish и как можно применить это знание в медицинских целях для лечения врожденных и приобретенных расстройств лимфатического русла. В частности, молекулярные механизмы развития лимфатической системы являются звеньями патогенеза многих заболеваний из группы первичных лимфедем и влияние на эти звенья с помощью генной терапии в данный момент считается наиболее целесообразным подходом. Лечение же вторичных лимфедем (например, из-за обструкции лимфооттока на каком-то определенном уровне) следует рассматривать, в первую очередь, с точки зрения физио- История медицины / History of medicine 87 Issues of Reconstructive and Plastic Surgery No. 2 (69) June’ 2019 логии и ее функции, а затем уже с точки зрения эмбриологии: в данном случае необходимо восстановить систему дренирования жидкости из лимфатического русла в венозное (дериватом которого является лимфатическая система), и выполнение различных микро- и супермикрохирургических шунтирующих операций является весьма оправданным.

Скачать электронную версию публикации