Лимфатическая система обеспечивает медленный поток жидкости из наших органов и тканей в кровоток. Он возвращает жидкость и белки, вытекающие из кровеносных сосудов, обеспечивает прохождение иммунных и воспалительных клеток из тканей в кровь и содержит ключевые ниши для иммунных клеток. Как развивается эта система, не совсем понятно, но теперь исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании обнаружили в экспериментах на мышах, что ранний отток лимфатической жидкости является критическим фактором в развитии зрелых лимфатических сосудов.
"Как только первичные лимфатические сосуды находятся на месте, должно произойти огромное количество созревания, и мы обнаружили, что процесс созревания запускается физическими силами от самого раннего потока лимфатической жидкости в развивающемся эмбрионе," сказал старший автор Марк Л. Кан, доктор медицины, Эдвард С. Купер, М.D./ Норман Рузвельт и Элизабет Мериуэзер МакЛюр Профессор кафедры медицины.
Результаты, опубликованные в Интернете перед августовским выпуском журнала клинических исследований, представляют собой большой шаг вперед в фундаментальном научном понимании развития лимфатической системы. Они также должны способствовать лучшему пониманию лимфатических заболеваний, включая лимфедему, от которой страдают многие женщины после операции по поводу рака груди.
Мыши без лимфотока
Частично этот проект был вызван недавними исследованиями культивированных эндотелиальных клеток лимфатических сосудов, которые показали, что жидкостные силы могут быть важным фактором в созревании лимфатических сосудов. Но не было прямого способа проверить эту гипотезу на живых животных.
"Никто не смог придумать способ остановить лимфоток у эмбриональных животных, в первую очередь не препятствуя развитию их лимфатических сосудов," сказал первый автор Дэниел Т. Свит, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Кана.
У людей и других млекопитающих лимфатическая система представляет собой систему с низким потоком, которая, в отличие от системы кровообращения, не имеет центрального насоса. Вместо этого он полагается на мышечное сокращение зрелой стенки лимфатического сосуда и небольших клапанов в лимфатических сосудах, чтобы вытеснять жидкость и предотвращать обратный ток.
Более крупные собирающие лимфатические сосуды получают много небольших притоков из лимфатических капилляров в окружающих тканях. "Нельзя просто закрыть одно из судов, чтобы перекрыть поток вниз по течению – в него впадает много других притоков," сказал сладкий.
Решением для проверки роли кровотока в развитии лимфатических сосудов оказалась линия трансгенных мышей, разработанная ранее лабораторией Кана. Из-за отсутствия гена Clec2 мыши не могут продуцировать определенный рецептор на тромбоцитах с замечательным результатом: вены, которые обычно помогают дренировать лимфатическую систему, просачиваются обратно в нее. Подобно океанскому приливу, набегающему на реку, этот поток крови вверх по течению останавливает обычный поток лимфы вниз по течению.
Эффекты отсутствия потока
С помощью флуоресцентных индикаторов Sweet подтвердил, что мыши с нокаутом Clec2 по мере их развития не имели чистого оттока лимфы. У животных действительно выросла нормальная первичная сеть лимфатических сосудов, но, как предполагали предыдущие исследования в лабораторных чашках, это могло произойти, эти сосуды не смогли развить клапаны.
Неожиданно Свит, Кан и его коллеги обнаружили, что две другие важные особенности лимфатической системы также не смогли сформироваться должным образом у этих мышей с отсутствием потока.
Обычно после начальной фазы развития лимфатических сосудов наступает фаза ремоделирования, в которой система становится более эффективной. Сосуды образуют иерархическую структуру, в которой более мелкие суда вверх по течению питаются более крупными судами вниз по течению. У мышей без кровотока это ремоделирование не происходило.
Более того, исследователи обнаружили, что гладкомышечные клетки, которые обычно образуют тонкую оболочку в зрелых лимфатических сосудах и выполняют сокращения, которые помогают лимфатическому потоку, вместо этого образуют аномально толстую подкладку, как если бы обычный сигнал для отключения пролиферации клеток отсутствовал.
"Мы начали думать, что кровоток может иметь значение только в формировании клапана, но в итоге поняли, что поток действительно контролирует все аспекты созревания этих лимфатических сосудов," сказал сладкий.
Чтобы продемонстрировать, что эти эффекты были вызваны отсутствием лимфотока, а не более прямым воздействием делеции Clec2 на лимфатические сосуды, исследователи отключили Clec2 только в тромбоцитах, а не в других клетках, и получили те же результаты.
Исследования клеточных культур, выполненные с помощью Juan M. Хименес, доктор философии, в лаборатории сотрудника Питера Ф. Дэвис, доктор философии, профессор патологии и лабораторной медицины, также подтвердил, что физический поток жидкости через клетки лимфатических сосудов может сам по себе стимулировать изменения экспрессии генов, очень похожие на те, которые, как известно, направляют развитие лимфатического клапана.
Любопытно, что эти клетки, по-видимому, нуждались не только в поступательном движении жидкости, но, по крайней мере, в кратком обратном движении, чтобы стимулировать изменения экспрессии генов. "Это как три шага вперед, один шаг назад, и мы думаем, что именно это обращение потока вызывает сигнализацию," сказал сладкий.
Теперь исследователи планируют более подробно изучить, как клетки лимфатических сосудов превращают механические силы потока лимфы в изменения экспрессии генов, необходимые для созревания лимфатических сосудов. Еще одним продолжением будет исследование того, управляют ли подобные механизмы, связанные с потоком, созреванием сосудов и клапанов в системе кровообращения.
Кан ожидает, что исследование также даст полезные сведения для лечения лимфатических заболеваний, даже тех, которые возникают у взрослых. Одной из наиболее распространенных является лимфедема отека руки, которая может следовать за удалением лимфатических узлов подмышек во время операции по поводу рака груди. "Мы подозреваем, что поток лимфы работает даже после созревания, чтобы поддерживать соответствующую молекулярную и генетическую среду для этих лимфатических сосудов и клапанов," сказал Кан. "Следовательно, прерывание этого потока может иметь долгосрочные неблагоприятные последствия для этих сосудов и клапанов, поэтому возникает вопрос, нужно ли нам быстро восстанавливать поток во время удаления лимфатических узлов."