Krvetvorba

Zjednodušené schéma krvetvorby

Krvetvorba v kostní dřeni (anglicky)

Krvetvorba (hematopoéza, hemopoéza, hemopoesa) je tvorba krevních buněčných komponent. Formované krevní elementy jsou diferencované a dále se již nedělí. Procesem krvetvorby se zajišťuje jejich neustálá obnova.

Hematopoetické kmenové buňky

Hematopoetické kmenové buňky obývají kostní dřeň a mají unikátní schopnost dát vzniku všem krevním elementům. Jsou to buňky schopné sebeobnovy. To znamená, že při dělení zůstávají nadále některé dceřiné buňky kmenové, zatímco jiné se diferencují. Díky tomu nedochází k vyčerpání zásob kmenových buněk během obnovy krevních elementů. Tomuto fenoménu se říká asymetrické buněčné dělení. Buňky, které dále diferencují, dávají vzniku specializovaným buněčným typům, které ztrácí schopnost sebeobnovy. Důležité je zmínit, že zásoba hematopoetických kmenových buněk není homogenní populací. Můžeme je rozdělit na buňky, které jsou schopné se obnovovat dlouhodobě a buňky, které jsou schopné sebeobnovy pouze krátkodobě. Obnova hematopoetických buněk je jedním z hlavních vitálních procesů v lidském těle.

Všechny krevní buňky se mohou rozdělit do hlavních tří linií:

1. erytroidní linie, která zprostředkovává transport kyslíku do tkání a patří sem Erytrocyty a Retikulocyty.
2. lymfoidní linie, která je zásadní pro tvorbu adaptivní imunitní odpovědi. Jejíž vývoj zahrnuje společného předka nazývaného společný lymfoidní progenitor. Patří se T-buňky, B-buňky a jejich blízcí příbuzní.
3. myeloidní linie, která umožňuje vrozenou imunitní odpověď a podílí se na odpovědi adaptivní. Jejíž vývoj zahrnuje společného předka nazývaného společný myeloidní progenitor. Patří sem granulocyty a makrofágy.

• Do žádné ze skupin jsem nezařadil megakaryocyty, které se účastní srážení krve. Tyto buňky jsou velmi často přesouvány mezi jednotlivými liniemi a doporučuji si vždy znovu najít současný pohled.

Místa, kde dochází ke krvetvorbě

Ve vyvíjejícím se embryu se krevní elementy vyvíjejí v krevních shlucích a ve žloutkovém váčku. Během probíhajícího vývoje dochází k přesunu krvetvorby do sleziny, jater a lymfatických uzlin. Po vyvinutí kostní dřeně se sem přesune většina krvetvorby, ale během poslední fáze vývoje jsou umístěny do sekundárních lymfatických orgánů jako je brzlík, slezina či lymfatické uzliny. V raném dětství se většina krvetvorby odehrává v dlouhých kostech a během dospívání se přesouvá do plochých kostí a páteře.

Extramedulární krvetvorba

V některých případech je krvetvorba přesunuta do jater, brzlíku nebo sleziny. Děje se tak, pokud je z nějakých důvodů nemožné krvetvorbu realizovat v kostní dřeni.

Důsledkem extramedulární krvetvorby dochází ke zvětšení těchto orgánů. Přirozenou formou extramedulární krvetvorby může být zvětšení jater během fetálního období, neboť ještě nedošlo k vývoji kostní dřeně.

Ostatní obratlovci

Zvláště u nižších obratlovců dochází ke krvetvorbě v jiných místech, než je kostní dřeň. Místa krvetvorby sdílí některé vlastnosti, a to jsou řídké vazivo a pomalý průtok krve. Například to jsou ledviny, slezina nebo střevo.

Diferenciace krevních buněk

Během diferenciace procházejí buňky postupnými změnami, které reflektují změny v transkripci. Dochází ke změně exprese povrchových proteinů, které jsou využívány pro detekci jednotlivých stádií vývoje. Vývoj je řízen růstovými a transkripčními faktory. Jako kýžený produkt vystupuje plně diferenciovaná specializovaná buňka.

Determinace vývoje

Existují dva odlišné pohledy na věc. Pro kmenové buňky a nediferenciované krevní buňky je determinace vývoje vysvětlována deterministickou teorií, která říká, že kolonie stimulující a další faktory ovlivňující determinaci, jako je specifická nika okolního prostředí, určují typ (směr) diferenciace krevních buněk. Toto je klasický pohled, ale existuje i jiná alternativní teorie, která se nazývá stochastická. Ta říká, že nediferencované kmenové buňky se diferencují zcela náhodně, ale v průběhu vývoje jsou ovlivňovány mikroprostředím, v kterém se vyvíjí a růstovými faktory, které dávají buňkám signály nutné k přežití, nebo je odsuzují k apoptóze. Pomocí takových signálů organismus reguluje vývoj buněk, které jsou v daný okamžik potřeba.

Hematopoetické růstové faktory

Diagram including some of the important cytokines that determine which type of blood cell will be created. SCF= Stem Cell Factor Tpo= Thrombopoietin IL= Interleukin GM-CSF= Granulocyte Macrophage-colony stimulating factor Epo= Erythropoietin M-CSF= Macrophage-colony stimulating factor G-CSF= Granulocyte-colony stimulating factor SDF-1= Stromal cell-derived factor-1 FLT-3 ligand= FMS-like tyrosine kinase 3 ligand TNF-a = Tumour necrosis factor-alpha TGFβ = Transforming growth factor beta

Vývoj červených a bílých krvinek je u zdravého člověka precizně regulován

pomocí plejády růstových faktorů. Nejenom diferenciace, ale i schopnost sebeobnovy kmenových buněk je regulovaná růstovými faktory. Jedním z klíčových hráčů pro sebeobnovu a udržování zásob kmenových buněk je stem cell factor (SCL). Nepřítomnost tohoto faktoru je letální. Ale existuje velká řada dalších glykoproteinových růstových faktorů, které ovlivňují proliferaci a maturaci, jako jsou například Interleuktiny IL-2,3,6,7. Tři další příklady látek, které stimulují produkci diferencovaných buněk, jsou faktory z rodiny colony-stimulating factors (CSF) a patří sem granulocyte-macrophage CSF (GM-CSF), granulocyte CSF (G-CSF) a macrophage CSF (M-CSF). Stimulují granulopoézu a působí nejen na progenitorové buňky, ale i na diferencované buňky.

Erytropoetin směřuje vývoj směrem k erytrocytům a trombopoetin naopak směřuje vývoj k megakaryocytům, které následně uvolňují fragmenty cytoplazmy, nazývané krevní destičky. Další příklady působení jednotlivých růstových faktorů jsou ukázány na obrázku.

Transkripční faktory

Signalizace přes růstové faktory vede k aktivaci či de-represi transkripčních faktorů. Signál, který buňka obdrží, nemá digitální charakter. To znamená, že buňka je schopna rozlišit dobu, množství i frekvenci stimulů. Například dlouhodobá exprese transkripčního faktoru PU.1 vede k progresi směrem k myeloidní linii, zatímco přechodná exprese vede k vývoji nezralých eozinofilů.

Prvním klíčovým hráčem v diferenciaci z kmenových buněk na multipotentní progenitory je transkripční faktor CCAAT-enhancer binding protein alfa (C/EBP alfa). Mutace v C/EBP alfa jsou asociované s akutní myeloidní leukémií. Poté je nutné rozdělit diferenciaci do dvou základních větví. První z nich je společná erytrocytům a megakaryocytům a druhá vede k lymfoidním a myeloidním prekurzorům. Zde se objevují další dva velmi důležité transkripční faktory PU.1 a GATA-1. PU.1 směřuje vývoj směrem k erytrocytům a megakaryocytům a GATA-1 směrem k lymfoidním a myeloidním prekurzorům.

Dalšími transkripčními faktory jsou Ikaros, Gfi1 nebo IRF8. Krvetvorba je ovlivňována dvěma fenomény. Prvním fenoménem je to, že se stejné transkripční faktory objevují vícekrát během ve vývoji. Například C/EBP alfa ve vývoji neutrofilů nebo PU.1 ve vývoji monocytů a dendritických buněk. Druhým fenoménem je, že vývoj není jednosměrný.

Příkladem může být faktor PAX5. Je známo, že PAX5 hraje roli při vývoji B-buněk a že je asociovaný s lymfomy. Překvapením bylo, že pokud je v myši vyřazen tento transkripční faktor, dochází k dediferenciaci periferních B-buněk. Toto zjištění velmi změnilo pohled na úlohu transkripčních faktorů v diferenciaci. Dnes můžeme na transkripční faktory pohlížet nejenom jako na iniciátory diferenciace, ale spíše jako na důležité faktory, které udržují stav diferenciace daného buněčného typu.

Mutace v transkripčních faktorech jsou úzce spjaty s rakovinami krve, jako je akutní myeloidní leukémie nebo akutní lymfoidní leukémie. Například Ikaros je znám jako regulátor mnohých biologických událostí. Myš, která nemá Ikaros, má zablokován vývoj T i B-buněk a NK buněk. Ikaros má 6 domén, které jsou nazývané zinkové prsty. Čtyři z nich jsou zodpovědné za vazbu na DNA a dvě za dimerizaci. Zajímavé je, že vazba na různá specifická místa na DNA je zprostředkovaná různými zinkovými prsty, což má za následek pleiotropní působení tohoto faktoru. A tak mutace v různých doménách mají odlišný efekt na onemocnění. Ikaros je asociován především s pacienty, které mají BCR-Abl translokaci. V medicíně je používán jako znamení špatné prognózy.

Erytropoéza, vznik červených krvinek

Červené krvinky jsou neplnohodnotné buňky, postrádající jádro. Vznikají diferenciací z prekursorové buňky, která se nazývá proerytroblast.

Proerytroblast
|
|
Basofilní erytroblast
|
|
Polychromatofilní erytroblast
|
|
Ortochromatický erytroblast
|
|
Retikulocyt
|
|
Erytrocyt

erytrocyty

Proerytroblast je buňka kulovitého tvaru, 15–20 μm velká. Dělením vznikají erytroblasty. U basofilního erytroblastu začíná syntéza hemoglobinu. U polychromatofilního erytroblastu je již v buňce tolik hemoglobinu, že cytoplasma ztrácí basofilii. Ortochromatický erytroblast se už dále nedělí. Vyvržením jádra mimo buňku (enukleace) vzniká z erytroblastu retikulocyt.

Retikulocyt je nezralá forma červených krvinek, která je už schopná plnit funkci erytrocytu. V oběhu je za normálních okolností určité množství retikulocytů, jejich podíl se může v případě nutnosti zvyšovat (např. krvácení). Za 3 dny retikulocyt uzraje ve zralou červenou krvinku.

Vývoj erytrocytů trvá asi 7 dní. Erytropoéza je ovlivňována hormony (erytropoetin, tyroxin, testosteron, estrogen, somatotropní hormon) a je při ní důležité železo, vitamín B₁₂ a kyselina listová.

Leukopoéza, vznik bílých krvinek

Každý typ bílé krvinky vzniká ze samostatné prekursorové buňky. Lymfocyty jsou jediné krevní elementy, které vznikají diferenciací lymfoidní multipotentní buňky, ostatní bílé krvinky vznikají v myeloidní řady.

Lymfopoéza, vývoj lymfocytů

Část populace lymfoidních multipotentních buněk migruje do brzlíku, kde se dále diferencují na T-lymfocyty. Zbytek lymfoidní řady zůstává v kostní dřeni a dává vzniknout B-lymfocytům. B- a T-lymfocyty se od sebe liší jen povrchovými antigeny na buněčných membránách.

Prekursorovou buňkou je lymfoblast, ten se diferencuje na prolymfocyty. Ty se již dále nedělí a dozrávají v lymfocyty.

lymfoblast → prolymfocyt → lymfocyt

Monocytopoéza, vznik monocytů

Prekursorovou buňkou pro monocyty je monoblast. Ten se diferencuje na promonocyty, které se dále dělí a diferencují se na zralé monocyty. Monocyty cirkulují v krvi asi 8 hodin, potom vstupují do vaziva, kde se mění v makrofágy.

monoblast → promonocyt → monocyt

Granulopoéza, vývoj granulocytů

Granulocyty vznikají z prekursorových buněk, myeloblastů. Během diferenciace granulocytů jsou syntetizována specifická granula. U myelocytů již můžeme rozlišit typ vznikajícího granulocytu (neutrofilní, basofilní, eosinofilní). Metamyelocyt se již dále nedělí a dozrává v granulocyty. Granulopoéza je ovlivňována endotoxiny a glukokortikoidy.

myeloblast → promyelocyt → myelocyt → metamyelocyt → granulocyt

• 
  neutrofilní granulocyt
• 
  neutrofilní granulocyt
• 
  eosinofilní granulocyt
• 
  bazofilní granulocyt

Trombopoéza, vznik krevních destiček

Krevní destičky, trombocyty, nejsou buňkami, pouze fragmenty cytoplasmy obrovských buněk, megakaryocytů. Megakaryocyty se nacházejí v kostní dřeni. Vznikly z prekurzorové buňky, která se nazývá megakaryoblast.

Megakaryoblast → megakaryocyt → trombocyty

Prenatální a postnatální hematopoéza

Shrnutí

Při vývoji embrya začíná krvetvorba v krevních ostrůvcích ve žloutkovém váčku, pak v játrech a v oblasti zvané AGM (název pro myši) a nakonec v kostní dřeni.

Hematopoéza probíhá u (dospělého) člověka v myeloidní tkáni v kostní dřeni a v lymfatické tkáni v lymfatických uzlinách nebo ve slezině.

Obecně se dá prenatální krvetvorba rozdělit na tři pediody:

• Mezoblastová perioda – probíhá ve žloutkovém váčku embrya
• Hepatolienální perioda – probíhá v základu jater a sleziny
• Medulární (medulolymfatická) perioda – probíhá v kostní dřeni, lymfopoéza probíhá ve slezině a lymfatických uzlinách

Embryonální vývoj

16. den – tvorba krevních ostrůvků (to jsou shluky krevních buněk) ve žloutkovém váčku. V krevních ostrůvcích probíhá hematopoéza nejdříve. Primitivní erytrocyty (= megablasty) ve žloutkovém váčku syntetizují embryonální hemoglobin ξε.

Exprese CD34 na hematopoetických buňkách a na přilehlých endotelových buňkách. CD34 označuje předpokládaný hemangioblast v nediferencovaném žloutkovém váčku ještě dříve, než dojde ke tvorbě cév (tvorba cév = angiogeneze). (U křepelky se CD34 exprimuje nejprve na endotelových buňkách a z nich se vyvinou hematopoetické buňky.)

před 19. dnem nebyly nalezeny v embryu krevní buňky (= důkaz, že krevní buňky pocházejí ze žloutkového váčku a dostanou se do embrya až cirkulací)

19. den – splanchnopleura již obsahuje buňky, které se vyvinou na hematopoetické (intraembryonální) kmenové buňky (dokázáno na buněčných kulturách). Pouze kmenové buňky intraembryonálního původu (později ve vývoji) dávají vznik T a B lymfocytům, kolonizují játra ve „2. kolonizaci jater“ a zakládají trvalou hematopoézu.

19. den – nejvyšší frekvence krvetvorných endotelových buněk ve žloutkovém váčku.

21. den (3somitové stadium) – začíná cirkulace krve a začíná fungovat oběhová soustava. 21. den – v srdeční dutině detekovány primitivní erytrocyty (megablasty) obsahující glykophorin A (= důkaz, že 21. den nastává cirkulace).

22. den (10somitové stadium) – začátek vývoje jater. Játra netvoří hematopoetické progenitory, ale osídlují je hematopoetické buňky ze žloutkového váčku.

23. den (12somitové stadium) – začátek krvetvorby v játrech (první kolonizace jater hematopoetickými kmenovými buňkami). Embrynální hemoglobin ξ je nahrazen fetálním hemoglobinem α. Embrynální hemoglobin ε je nahrazen fetálním hemoglobinem γ. Rozptýlené CD34 negativní buňky v játrech.

před 25. dnem potvrzeny ve žloutkovém váčku progenitory erythroidní a granulopoetické. Progenitory buněk jsou potvrzeny až už krev cirkuluje (cirkuluje od 21. dne), takže původ progenitorových buněk může být teoreticky jak ve žloutkovém váčku tak v embryu.

27. den – na vnitřní straně endotelu aorty se objevují hematopoetické buňky (aorta má v té době dvě části) a také roztroušeně v oblasti pupečníkových (umbilikálních) artérií arteriae umbilicales.

30. den – růst shluků hematopoetických buněk v aortě a jejich výskyt také v omfalomezenterické artérii arteria omphalomesentrica.

30. den – druhá kolonizace jater hematopoetickými kmenovými buňkami. CD34 (pozitivní) buňky potvrzeny v játrech.

4. týden – angio-hematopoetické progenitory Flk-1 a VEGF-R2 migrují ze splanchnopleury do subaortálního mezodermu.

4. týden – protein BB9 zjištěn na povrchu endotelových buněk aorty. Tento protein by mohl být prvním markerem hematopetických kmenových buněk (HSC) nebo hemangioblastu. (Protein BB9 mají na povrchu HSC v dospělé kostní dřeni.)

4,5 týdne – ve žloutkovém váčku potvrzeny progenitory buněk CFU-GEMM, BFU-E, CFU-E a CFU-GM. Množství prgenitorů potom výrazně poklesne a úplně zmizí po 6. týdnu.

4,5 až 5. týden – pokles počtu magaloblastů v játrech. Ty jsou průběžně nahrazeny makrocyty.

35.–36. den – maximální rozvoj shluků hematopetických buněk v arteriích embrya.

5. týden – redukce počtu BFU-E ve žloutkovém váčku a zároveň vzestup počtu v játrech a v krevním řečišti

konec prvního trimestru a později – je detekováno více primitivních progenitorů CFU-GEMM a HPP-CFC (anglicky: high-proliferative colony forming cells)

40. den – po 40. dnu zmizí shluky hematopetických buněk v arterích

60. den – zmizení hematopoézy ve žloutkovém váčku

11. týden (od 10,5 týdne) – začíná krvetvorba v kostní dřeni ve specializovaných mezodermových strukturách (anglicky: primary logettes) v diafýze. První krevní buňky v kostní dřeni jsou CD15+ myeloidní buňky a posléze také glykoforin A+ erytrocyty. (V kostní dřeni nejsou CD34+ buňky.)

S vývojem kostní dřeně se tvoří postupně většina erytrocytů a granulocytů v kostní dřeni.

Později nastává krvetvorba ve slezině a lymfatických uzlinách. Tyto lymfoidní orgány postupně produkují většinu lymfocytů a monocytů, přestože lymfoidní progenitorové buňky pocházejí z kostní dřeně.

Většina krvetvorby probíhá u dospělců v kostní dřeni ve stehenní kosti a také v žebrech a hrudní kosti. Krvetvorba však může v případě nezbytnosti pokračovat také v játrech, brzlíku a slezině. Je to tzv. extramedulární = mimodřeňová hematopoéza. Může být příznakem závažných onemocnění, jako je leukémie.

Hematopoéza u myši domácí

Shrnutí:
Mezi 7–11 dnem se tvoří erythroidní a částečně také myeloidní (unipotentní) prekurzory ve žloutkovém váčku. Erytrocyty ze žloutkového váčku mají jádro (embryoblasty) a embryonální hemoglobin. Mezi 8,5–12,5 dnem se tvoří multipotentní HSC v oblasti zvané AGM, nejdříve v tzv. sub-aortic patches. Odtud teoreticky migrují do jater a odtud také teoreticky osidlují aortic clusters. Pak osidlují další krvetvorné orgány (brzlík, slezinu, kostní dřeň).

Chronologie:

• 7,5. den – začátek krvetvorby ve žloutkovém váčku. Žloutkový váček tvoří erythroidní a myeloidní linii. Není schopen (ani později) tvořit lymfoidní progenitory.
• 8. den – cirkulace krve mezi žloutkovým váčkem a tělem

Jak se vyvíjí krvetvorné oblasti uvnitř embrya:

• • před 8. dnem – kaudální intraembryonální splanchnoleura (caudal intraembryonic splanchnoleura) (potvrzena lymfopoéza a v menší míře také myelopoéza) →
  • → 8,5–10. den – anglicky: para-aortic splanchnopleura →
  • → 10.–12. den – AGM. V AGM je aktivita CFU-S.

• 8,5–12,5. den – sub-aortic patches (= „sub-aortální plošky“) jsou na ventrální straně aorty a jsou umístěny přednostně pod aortic lusters. Lze je detekovat 10,5–11,5. den lépe než aortic clusters, protože sub-aortální plošky exprimují GATA-3 a AA4.1.
• 9. den – vznik jater jako výchlipka. Játra neiniciují krvetvorbu, ale jsou (stejně jako u člověka) kolonizovány a slouží jako rezervoár hematopoetických buněk vzniklých v dřívější fázi.
• 10. den (28–32 párů somitů) – kolonizace jater
• 10,5–11,5. den – aortic clusters (= „aortální shluky“) jsou na straně nejblíže coelomové dutiny, jsou vložené mezi endotelové buňky, např. na ventrální straně dorzální aorty. Exprimují CD34 a AA4.1 (podobně jako endotelové buňky, ale postrádají von Willebrandův faktor)
• 11. den (40–45 párů somitů) – kolonizace brzlíku
• 11. den – konec hematopoetické činnosti ve žloutkovém váčku
• po 12. dnu je brzlík již vždy lymfoidní
• 13. den – kolonizace sleziny pomocí HSC z jater krevním oběhem
• 15. den – hematopoetické buňky kolonizují kostní dřeň ihned, jakmile se objeví vaskularizace kostí. Ale jsou to progenitory pozdní fáze hematopoézy a uplatňují se až 4–5 dní po narození myši. Z nich vznikají linie pro dlouhodobou hematopoézu.
• (27. den – narození myši)

U myší hematopoetické aortic clusters exprimuje CD45 jenom několik buněk (na rozdíl od ptáků a lidí, kde jsou CD45⁺ všechny buňky v těchto aortálních shlucích).

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Haematopoiesis na anglické Wikipedii.

Literatura

• Dzierzak E., Medvinsky A. & Bruijn M. de: Qualitative and quantitative aspects of haematopoietic cell development in the mammalian embryo. – Immunology Today, 19(5): 228–236 (1998).
• Godin I. & Cumano A.: Of birds and mice: hematopoietic stem cell development. – Int. J. Dev. Biol. 49: 251–257 (2005).
• Tavian M. & Péault B.: Embryonic development of the human hematopoietic system. – Int. J. Dev. Biol. 49: 243–250 (2005).
• Histologie: Cytologie a obecná histologie, Fakulta veterinárního lékařství, Brno 2000

Související články

• oběhová soustava (člověk)
• diferenciační skupina (CD)
• červená krvinka, bílá krvinka

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Krvetvorba na Wikimedia Commons
• Tulane (anglicky)

Autoritní data	NKC: ph121972 BNF: cb119785505 (data) LCCN: sh85060136 NLI: 987007555532505171

Portály: Medicína