Кроветворная ткань и стромальное микроокружение больных множественной миеломой

Артюхина З. Е., Семенова Н. Ю., Балашова В. А., Бессмельцев С. С., Ругаль В. И.

ФГБУ «Российский НИИ гематологии и трансфузиологии ФМБА России», Санкт-Петербург.

КРОВЕТВОРНАЯ ТКАНЬ И СТРОМАЛЬНОЕ МИКРООКРУЖЕНИЕ БОЛЬНЫХ МНОЖЕСТВЕННОЙ МИЕЛОМОЙ

Artyukhina Z., Semenova N., Balashova V., Bessmeltsev S., Rugal V.

State organization "Russian Scientific Research Institute of Hematology and Transfusiology FMBA of Russia", St. Peterburg.

HEMAPOETIC TISSUE AND STROMAL MICROENVIROMENT IN PATIENTS WITH MULTIPLE MYELOMA

Резюме. Эндостально-васкулярные структуры стромы костного мозга, формирующие гемопоэтическую нишу, регулируют развитие гемопоэтических стволовых клеток. Анализ морфологических изменений ключевых элементов гемопоэтической ниши (эндосталь-ных стромальных клеток и микрососудов) имеет значение для уточнения патогенеза ряда лимфопролиферативных заболеваний, включая множественную миелому (ММ).

Изучена паренхиматозная и стромальная ткань костного мозга в трепанобиоптатах подвздошной кости 63 больных множественной миеломой с интерстициальной и диффузной инфильтрацией костного мозга до начала лечения. Установлены изменения стромаль-ного микроокружения при обоих типах поражения костного мозга. Выявлено увеличение плотности микрососудов, изменение морфо-функционального состояния эндостальных стромальных клеток и структуры коллагена кости, что свидетельствует о вовлечении в патологический процесс ниши гемопоэти-ческих стволовых клеток при множественной миеломе.

Ключевые слова: множественная миело-ма, костный мозг, стромальное микроокружение, гемопоэтическая ниша.

Abstract. Endosteal vascular structures of bone marrow forming hematopoietic niche regulate the development of hematopoietic stem cells. Analysis of morphological changes of the key elements of the hematopoietic niche (endosteal stromal cells and microvessels) is set to clarify the pathogenesis of a number of lymphoprolif-erative disorders, including multiple myeloma. Parenchymal and stromal bone marrow tissue have been studied in bone marrow trephine biopsy ileum of 63 multiple myeloma patients with interstitial and diffuse bone marrow infiltration prior to treatment. Changes of stromal microenvironment in both types of bone marrow lesions have been found. Research showed an increase in microvessel density, changes in morphofunction-al state of endosteal stromal cells and collagen bone structure, indicating the involvement in the pathological process of niches of hematopoietic stem cells in multiple myeloma.

Key words: multiple myeloma, bone marrow, stromal microenvironment, hematopoietic niche.

Введение. Практически все системные заболевания кроветворной и лимфоидной ткани характеризуются в различной степени выраженным нарушением состояния гемопо-этической паренхимы и стромального компонента костного мозга [1-5]. При этом, в группе гемобластозов, у больных множественной

миеломой (ММ) наряду с поражением паренхимы особенно ярко проявляются изменения непаренхиматозного, стромального компонента костного мозга. Это, прежде всего, связано с выраженными изменениями клеточных и межклеточных структур костной ткани — ключевого элемента стромы, формиру-

ющего гемопоэз-индуцирующее микроокружение. Особенно важно отметить, что костная ткань, а именно её остеогенные клетки эндостальной зоны создают нишу стволовых клеток гемолимфопоэза [6-9]. Ниша обеспечивает длительное, на протяжении всей жизни организма, самоподдержание стволовых клеток, регулирует их дифференцировоч-ный и пролиферативный потенциал [10-14]. Гистологическое исследование трепаноби-оптатов костного мозга с иммуногистохи-мическим анализом позволяет более точно оценить объем инфильтрации костного мозга, охарактеризовать состояние гемопоэтиче-ской ткани и стромального микроокружения. Кроме того, сведения о взаимоотношениях кроветворной и стромальной ткани костного мозга больных ММ могут быть использованы в целях оценки прогноза заболевания и совершенствования методов лечения.

Целью представленного исследования являлось изучение особенностей опухолевой инфильтрации паренхимы костного мозга больных ММ с одновременной характеристикой перестроек стромальных структур кроветворного микроокружения, включая структуры стромы костного мозга, формирующие нишу гемопоэтических стволовых клеток.

Материал и методы исследования. Материалом исследования послужили цельные фрагменты подвздошной кости 63 больных ММ (59-72 лет) с интерстициальной и диффузной инфильтрацией костного мозга до начала лечения. Трепанаты не менее 2 см фиксировали в 10% нейтральном забуференном формалине, декальцинировали с использованием декальцинатора на основе ЭДТА, обезвоживали изопропиловым спиртом и пропитывали парафином в автоматическом процессоре. Гистологические препараты толщиной 3-5 мкм окрашивали гематоксилин-эозином. Ретикулиновые волокна выявляли на основе импрегнации серебром. Степень опухолевой инфильтрации оценивали на основании иммуногистохимических исследований с использованием RTU антител к антигенам СЭ20, СЭ79а, С0138 фирмы ОДКО.

Результаты и обсуждение. Оценка объема инфильтрации костного мозга плазматическими клетками является одним из важных критериев оценки кроветворной функции в условиях развития ММ. При гистологиче-

ском исследовании трепанобиопсий подвздошной кости больных ММ с первично установленным диагнозом до начала терапии в костном мозге обнаруживалась инфильтрация кроветворной ткани миеломными клетками неоднородной морфологической структуры. Опухолевые клетки в большинстве случаев имели типичную структуру зрелых плазмоцитов, в которых не выявлялись ядрышки. Реже миеломные клетки классифицировались как проплазмоциты, плазмо-бласты. Среди инфильтрирующих паренхиму плазмоцитов обнаруживались клетки с Рус-селевскими тельцами, двуядерные и многоядерные формы. В исследуемой группе было выделено два типа поражения костного мозга: интерстициальный и диффузный. Интер-стициальный тип миеломного поражения характеризовался наличием плазматических клеток, расположенных среди элементов нормального гемопоэза, без изменения соотношения с жировой тканью. Число гемопоэ-тических клеток снижалось в зависимости от интенсивности насыщения костномозговых лакун миеломными клетками. Диффузный тип поражения диагностировался в случаях массивной инфильтрации миеломными клетками интрамедуллярных пространств, которая сопровождалась редукцией жировой ткани с замещением костномозговых пространств плазмоцитами и различной степенью угнетения гемопоэза.

Наряду с морфологической идентификацией миеломных клеток проводилось имму-ногистохимическое исследование для подтверждения гистогенеза опухоли. Особенно информативны были исследования с определением на клетках инфильтратов СЭ79а и СЭ138. Экспрессия СЭ138 определялась практически у всех обследованных больных.

Анализ стромальных структур микроокружения свидетельствовал об изменении состояния стромы при всех типах поражения интрамедуллярной паренхимы. Интер-стициальная инфильтрация костного мозга плазмоцитами сопровождалась увеличением интрамедуллярных ретикулярных клеток, наличием ретикулиновых волокон, разбросанных в паренхиме без формирования склеротической сети, отмечались участки деструкции коллагена трабекул без статистически значимого уменьшения объема костной ткани. В эндотелии микрососудов, включая синусы, явных перестроек не наблюдалось.

Выраженные изменения стромальной ткани костного мозга регистрировались при диффузной инфильтрации. Обнаруживался ретикулиновый склероз, увеличение плотности микрососудов (СЭ31, СЭ34), нарастание числа эндостальных клеток с уплощенными ядрами, нарушение структуры коллагена трабе-кул костной ткани. Объем костных балок был несколько снижен, однако уменьшение осте-огенной ткани было статистически недостоверно (р > 0.05).

До настоящего времени генез ММ окончательно не установлен, в связи с этим любые новые сведения относительно расшифровки причины развития ММ весьма актуальны как для понимания природы заболевания, так и для целей терапии и прогноза. Важная роль в получении фактов, способствующих раскрытию патогенеза ММ, принадлежит изучению стромального микроокружения костного мозга. Это, прежде всего, связано с тем обстоятельством, что ММ является заболеванием, в основе которого лежит неопластическая трансформация В-лимфопоэза, а ключевая роль в развитии В-лимфоцитов принадлежит интрамедуллярным стромальным клеткам, которые коммитируют направление их развития, регулируют пролиферацию и диффе-ренцировку. Естественно полагать, что нарушение структуры и функции костномозговых стромальных регуляторов В-лимфопоэза может вести к нарушению развития лимфоид-ных клеток-предшественниц, не исключая их малигнизацию. Также известно, что распространенность опухолевого поражения костного мозга и характер инфильтрации кроветворной ткани плазмоцитами является значимым, так как эти факторы во многом определяют дальнейшее течение заболевания и его лечение.

Представленные нами данные о состоянии стромы костного мозга больных ММ свидетельствуют о реакции стромального микроокружения на появление миеломных клеток в интрамедуллярных пространствах губчатого вещества кости. Ключевыми структурными компонентами, формирующими нишу,

являются эндостальные стромальные клетки губчатого вещества кости, которые совместно с нарабатываемыми ими гуморальными ре-гуляторными факторами и экстрацеллюляр-ным матриксом при участии микрососудов обеспечивают реализацию генетической программы пролиферации и дифференциров-ки стволовых клеток, включая лимфоидные предшественники, из которых возникает пул неопластических клеток при ММ. Как следует из наших исследований, отчетливые изменения регистрируются именно в эндостальных зонах, где происходит перестройка соотношения эндостальных клеток, коллагена костных балок и системы микроциркуляции. Это обстоятельство может служить весомым аргументом, указывающим на возможность перестройки функционального потенциала ге-мопоэтической ниши. На сегодняшний день твердо установлено значение дефектов ниши в расстройствах гемолимфопоэза, вплоть до непосредственного участия стромальных элементов, формирующих нишу, в появлении лейкозного клона [16-18]. Предыдущие собственные исследования стромы костного мозга при ММ не противоречат этому положению [19-20]. На наш взгляд вероятность важной, если не ключевой, роли в патогенезе ММ дефектов стромального микроокружения в целом и особенно элементов, определяющих состояние ниши стволовых клеток, очень высока. Прежде всего, это может быть связано с тем, что дефекты ниши могут приводить к нарушению сигнальных путей запуска генетически детерминированной программы пролиферации и дифференцировки нормальных гемопоэтических предшественников, включая клетки-предшественницы В-лимфопоэза. Дальнейшие исследования стромальной ниши гемопоэтических клеток в динамике течения ММ и в условиях применения современных схем ее терапии позволят получить дополнительные данные о патогенетической роли нишеобразующих структур в расстройствах развития В-лимфоцитов при ММ.

Литература

1. ГерасимоваЛ.П., ДризеН.И., ЛубковаО.Н. и др. Нарушения стромального микроокружения у больных с различными заболеваниями системы крови // Гематология и трансфузи-ология. — 2008. — Т. 53, № 5. — С. 59-62.

2. Duhrsen U., Hossfeld D. K. Stromal abnormalities in neoplastic bone marrow diseases // Ann Hematol. — 1996. — Vol. 73. — P. 53-70.

3. Walkley C. R., Olsen G. H., Dworkin S. et al. A microenvironment-induced myeloproliferative syndrome caused by retinoic acid receptor y deficiency // Cell. — 2007. — Vol. 129. — P. 1097-1110.

4. ManierS., SaccoA., LeleuX. et al. Bone marrow microenvironment in multiple myeloma progression // J of biomedicine and biotechnology. — 2012. — Vol. 2012. — Id. 157496.

5. Raaijmakers M. H.G.P., MukherjeeS., Guo S. et al. Bone progenitor disfunction induces myelodysplasia and secondary leukaemia // Nature. — 2010. — Vol. 464. — P. 852-857.

6. Calvi L. M., Adams G. B., Weibrecht K. W. et al. Osteoblastic cells regulate the haematopoetic stem cell niche // Nature. — 2003. — Vol. 425. — P. 841-846.

7. Chan C. K.F., Chen C. C., Luppen C. A. et al. Endochondral ossification is required for haematopoietic stem-cell niche formation // Nature. — 2009. — Vol. 457. — P. 490-494.

8. Yin T., Li L. The stem cell niches in bone // J Clin Invest. — 2006. — Vol 116, № 5. — P. 1195-1201.

9. AskmyrM., SimsN.A., Martin T. J., Purton L. E. What is the true nature of the osteoblastic hematopoetic stem cell niche? // Trends in endocrinology & metabolism.— 2009. — Vol. 20, №6. —P. 303-309.

10. ZhangJ., Niu C., Ye L. et al. Identification of haematopoetic stem cell niche and control of the niche size // Nature. — 2003. — Vol. 425. — P. 836-841.

11. Ellis S. L., Grassinger J., Jones A. et al. The relationship between bone, hemopoietic stem cells, and vasculature // Blood. — 2011. — Vol. 118, № 6. — P. 1516-1524.

12. OhI.H., Kwon K. — R. Concise review: multiple niches for hematopoietic stem cell regulations // Stem cells. — 2010. — Vol. 28. — P. 1243-1249.

13. Lilly A. J., Johnson W.E., BunceC.M.The haematopoietic stem cell niche: new insights into the mechanisms regulating haematopoietic stem cell behaviour // Stem cells international. — 2011. — Vol. 2011. — Id. 274564.

14. Huang M. — M., Zhu J. The regulation of normal and hematopoietic stem cells by niches // Cancer Microenviron. — 2012. — Vol. 5, № 3. — P. 295-305.

15. Ругаль В. И., Бессмельцев С. С. Оценка опухолевой инфильтрации костного мозга при множественной миеломе по результатам исследования трепанобиоптатов // Вестник гематологию — 2009. — Т. 5, № 1. — С. 49-50.

16. Tieu K. S., Tieu R. S., Martinez-Agosto J.A., Sehl M. E. Stem cell niche dynamics: from homeostasis to carcinogenesis // Stem cells international. — 2012. — Vol. 2012. — Id. 367567.

17. Scadden D. T. The stem cell niche in health and leukemic disease // Best Pract Res Clin Haematol. — 2007. — Vol. 20, № 1. — P. 19-27.

18. RaaijmakersM.H.G.P. Niche contributions to oncogenesis: emerging concepts and implications for the hematopoietic system // Haematologica. — 2011. — Vol. 96, № 7. — P. 1041-1048.

19. Bessmeltsev S., Rugal V. Stormal microenvironment and stem cell niches in multiple myeloma // Haematologica. — 2010. — Vol. 95, № 25. — P. 569-570.

20. Бессмельцев С. С., Абдулкадыров К. М. Множественная миелома: руководство для врачей// М., 2016. — 504 с.