ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Пул гемопоэтических стволовых клеток в периферической крови хронически облученных лиц в отдаленном периоде

А. И. Котикова1,2, Е. А. Блинова1,2, А. В. Аклеев1,2
Информация об авторах

1 Уральский научно-практический центр радиационной медицины Федерального медико-биологического агентства, Челябинск, Россия

2 Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия

Для корреспонденции: Алиса Игоревна Котикова
ул. Воровского, д. 68, корп. А, г. Челябинск, Россия, 454141; moc.liamg@asilaavokitok

Информация о статье

Финансирование: исследование выполнено в рамках государственного задания «Состояние клеточного иммунитета человека в период реализации отдаленных эффектов хронического радиационного воздействия» (код 27.002.20.800).

Вклад авторов: А. И. Котикова — постановка методики, лабораторные исследования, статистическая обработка, написание текста статьи; Е. А. Блинова — постановка методики, написание текста статьи; А. В. Аклеев — концепция исследования, научное руководство.

Соблюдение этических стандартов: исследование одобрено этическим комитетом ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России (протокол № 3 от 20 июля 2021 г.). Добровольное информированное согласие было получено от всех участников исследований, проводимых на базе лаборатории молекулярно-клеточной радиобиологии ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России.

Статья получена: 21.07.2021 Статья принята к печати: 10.08.2021 Опубликовано online: 03.09.2021
|

Более 60 лет назад жители сел, расположенных по берегам р. Течи, подвергались хроническому радиационному воздействию вследствие сброса жидких радиоактивных отходов ПО «Маяк». Особенностью указанного воздействия было неравномерное распределение дозы облучения по организму. Наибольшие дозы облучения пришлись на красный костный мозг (ККМ) за счет накопления остеотропного 90Sr в костной ткани [1]. В результате наблюдалось стабильное снижение показателей тромбоцитов и лейкоцитов в периферической крови облученных лиц в ранние сроки при мощности дозы более 0,3–0,5 Гр/год [2].

В настоящее время отмечают восстановление большинства пулов иммунокомпетентных клеток [3], но при этом регистрируют провоспалительный сдвиг в системе цитокинов и  устойчивое снижение количества нейтрофилов на фоне нормальных значений КСФ-Г (гранулоцитарные колониестимулирующие факторы) и КСФ-ГМ (гранулоцитарномакрофагальные колониестимулирующие факторы) [3, 4]. Причиной наблюдаемых спустя длительное время иммунологических эффектов могут быть структурные и функциональные нарушения пула гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и клеток-предшественников вследствие длительного радиационного воздействия как на ГСК, так и клетки микроокружения.

Целью работы было оценить количественные характеристики пула CD34+-клеток периферической крови у хронически облученных лиц в отдаленном периоде.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

В исследовании приняли участие 153 пациента клинического отделения Уральского научно-практического центра радиационной медицины. Критерии включения в исследование: проживание в одном из сел, расположенных по берегам р. Течи, в 1950–1960 гг.; наличие рассчитанных индивидуальных накопленных доз облучения ККМ, тимуса и периферических лимфоидных органов [5]; отсутствие диагностического или терапевтического облучения в течение 6 месяцев до начала исследования; отсутствие в анамнезе онкологических, аутоиммунных, острых или хронических (период обострения) воспалительных заболеваний в течение 6 месяцев до начала исследования; отсутствие приема гормональных, антибиотических, цитостатических препаратов в течение 6 месяцев до начала исследования. Критерии исключения: несоответствие какому-либо из перечисленных выше критериев.

Все исследуемые лица были разделены на несколько групп: лица, рожденные в период с 1950 по 1960 г., лица, подвергшиеся облучению в период внутриутробного и постнатального развития, группа сравнения 1; лица, рожденные до 1949 г. включительно, подвергшиеся облучению только в период постнатального развития, группа сравнения 2. Группы сравнения составили пациенты, проживающие в схожих с облученными лицами экономических и социальных условиях, у которых поглощенная постнатальная доза облучения ККМ не превышала 70 мГр [6]. Характеристика обследованных лиц представлена в табл. 1.

Лица, облученные в период внутриутробного и постнатального развития, были  значимо старше лиц из группы сравнения 1 (p < 0,001). При этом стоит отметить, что обе группы находились в одном возрастном диапазоне (табл. 1). Значимых различий по этнической принадлежности и полу обнаружено не было (табл. 1).

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) и клеткипредшественники, несущие на своей поверхности рецептор CD34, преимущественно сосредоточены в костном мозге, однако небольшую часть таких клеток (около 10% от всех ГСК организма человека) также обнаруживают в периферической крови здоровых взрослых людей [7, 8]. Для исследования количественных показателей CD34+-клеток и иммунокомпетентных клеток у пациентов проводили взятие венозной крови из локтевой вены в объеме 9 мл натощак в вакуумную пробирку с K3-EDTA (Greiner Bio-One; Австрия). Определение количественных показателей CD34+-клеток в периферической крови исследуемых лиц проводили методом проточной цитометрии с использованием коммерческого набора StemKit Reagents (Beckman Coulter; Франция) на проточном цитометре Epics (Beckman Coulter; США) в соответствии с инструкцией производителя.

Статистическую обработку данных проводили в программе SigmaPlot (Systat Software Inc; США). Для сравнения показателей CD34+-клеток в периферической крови пациентов исследуемых групп использовали U-критерий Манна–Уитни. Различия считали значимыми при p < 0,05. Определение зависимости содержания CD34+-клеток в периферической крови от поглощенных доз облучения ККМ, тимуса и периферических лимфоидных органов и возраста проводили с применением непараметрического корреляционного анализа по методу Спирмена, корреляционные связи считали значимыми при p < 0,05. Качественную характеристику корреляционной связи давали на основании коэффициента корреляции, оцененного по шкале Чеддока. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

У лиц, подвергшихся хроническому радиационному воздействию в период внутриутробного и постнатального развития, не были выявлены значимые изменения абсолютного и относительного количества CD34+-клеток периферической крови относительно группы сравнения 1 (p = 0,32 и p = 0,67 соответственно). При этом в группе лиц, облученных только постнатально, было отмечено значимое увеличение количественных показателей CD34+-клеток в периферической крови относительно лиц из группы сравнения 2 (табл. 2) (уровень значимости для различий абсолютного количества CD34+-клеток p = 0,004, а для различий относительного количества CD34+-клеток p = 0,009).

Для группы лиц, рожденных с 1950 по 1960 г., было показано слабое значимое снижение абсолютного количества CD34+-клеток в зависимости от поглощенной постнатальной дозы облучения ККМ (r = –0,24; p = 0,03).

Кроме того в этой группе было обнаружено слабое значимое снижение как абсолютного (r = –0,26; p = 0,02), так и относительного (r = –0,23; p = 0,03) количества CD34+-клеток в периферической крови в зависимости от поглощенной постнатальной дозы облучения тимуса и периферических лимфоидных органов. Не обнаружены значимые зависимости исследуемых показателей от доз облучения, полученных в период внутриутробного развития (уровень значимости для поглощенной внутриутробной дозы облучения ККМ и абсолютного количества CD34+клеток уровень значимости р = 0,94, для относительного количества — p = 0,98; для поглощенной внутриутробной дозы облучения тимуса и периферических лимфоидных органов и абсолютного количества CD34+-клеток p = 0,48, для относительного количества — p = 0,74). При проведении регрессионного анализа не было выявлено статистически значимых дозовых зависимостей для показателей CD34+клеток в периферической крови лиц, рожденных с 1950 по 1960 г.

В группе лиц, рожденных до 1949 г. включительно, корреляционный анализ дозовой зависимости показателей количества CD34+-клеток в периферической крови показал слабое статистически значимое увеличение как абсолютного (r = 0,29; p = 0,02), так и относительного (r = 0,26; p = 0,03) количества CD34+-клеток в зависимости от поглощенной постнатальной дозы облучения ККМ. Статистически значимых корреляций показателей CD34+клеток и поглощенной постнатальной дозы облучения тимуса и периферических лимфоидных органов обнаружено не было (уровень значимости для абсолютного количества ГСК и клеток-предшественников р = 0,14, для относительного количества — p = 0,19). Регрессионный анализ не выявил статистически значимых зависимостей количества CD34+-клеток от поглощенных постнатальных доз облучения ККМ, а также тимуса и периферических лимфоидных органов.

Чтобы отследить зависимость содержания CD34+-клеток от возраста, было принято решение объединить группу сравнения 1 (рожденные с 1950 по 1960 г.) с группой сравнения 2 (рожденные до 1949 г. включительно) для проведения корреляционного анализа. Для объединенной группы сравнения было показано умеренное значимое снижение абсолютного (r = –0,58; p < 0,001) и относительного (r = –0,44; p < 0,001) количества CD34+-клеток в периферической крови с возрастом. Зависимость количества ГСК и клеток-предшественников в крови лиц из объединенной группы сравнения от возраста исследовали с применением регрессионного анализа. Результаты регрессионного анализа зависимости абсолютного и относительного количества CD34+-клеток периферической крови от возраста лиц из объединенной группы сравнения представлены на рисунок.

В группе лиц, облученных в период внутриутробного и постнатального развития, на момент исследования не было отмечено статистически значимой корреляционной зависимости показателей абсолютного (p = 0,14) и относительного (p = 0,36) количества CD34+-клеток в периферической крови  от возраста.

В группе лиц, облученных только в постнатальном периоде, было выявлено статистически значимое снижение количества CD34+-клеток в периферической крови с возрастом на момент исследования (уровень значимости для абсолютного количества р = 0,02 (r = –0,33), для относительного количества — p = 0,04 (r = –0,29)). Проведенный регрессионный анализ не выявил значимой зависимости количества ГСК и клеток-предшественников в периферической крови лиц, облученных только в постнатальном периоде, от возраста.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В настоящее время надежные данные о состоянии пула ГСК в отдаленные сроки после хронического радиационного воздействия отсутствуют. Однако имеются данные, полученные в результате экспериментов на мышах, которые показывают следующие отдаленные эффекты радиационного воздействия: стойкие фенотипические изменения в популяции ГСК красного костного мозга [10], повышение уровня апоптоза ГСК, а также накопление повреждений ДНК гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников [1012]. Наблюдаемые эффекты предположительно являются результатом асимметричного деления ГСК в костном мозге, при котором одна из двух дочерних клеток остается стволовой и сохраняет в себе возникающие вследствие радиационного воздействия на материнскую клетку нарушения генома, и эффекта свидетеля, зарегистрированного в эксперименте по трансплантации облученных и необлученных ГСК мыши [12]. Результатом всех перечисленных выше долгосрочных проявлений радиационного воздействия может стать функциональная несостоятельность ГСК и клетокпредшественников в отдаленном периоде.

В работе представлены предварительные результаты исследования пула ГСК и клеток-предшественников периферической крови хронически облученных жителей прибрежных сел реки Течи в отдаленные сроки после начала облучения. Исследование количества CD34+клеток в периферической крови хронически облученных лиц проводили на фоне инволюционных изменений спустя 60 лет после начала облучения. Ранее при исследовании в отдаленные сроки у жителей прибрежных сел реки Течи был отмечен высокий уровень нестабильных хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови, который нельзя объяснить текущими дозами облучения [13].

Выявленное в ходе проведенного исследования дозозависимое снижение количества CD34+-клеток в периферической крови лиц, облученных в период внутриутробного и постнатального развития, может быть вызвано радиационно-индуцированным повреждением пула ГСК именно в период эмбрионального развития, наиболее чувствительный к воздействию ионизирующего облучения [14]. При этом отсутствие возрастных изменений содержания ГСК и клеток-предшественников в периферической крови указанной группы исследования можно объяснить тем, что возрастной диапазон группы лиц, облученных в период внутриутробного и постнатального развития, был недостаточным (всего пять лет) для обнаружения зависимости. Следует отметить, что в группе лиц, облученных только в постнатальном периоде, обнаружена отрицательная зависимость количества CD34+клеток от возраста обследованных лиц. Обнаруженное в группе лиц, облученных только постнатально, снижение количества CD34+-клеток с возрастом не противоречит данным литературы, в которой описано уменьшение пула ГСК и клеток-предшественников в периферической крови японцев, выживших после атомной бомбардировки Хиросимы [7, 9, 15].

Пожилой возраст облученных лиц создает определенную нагрузку для организма. Так, например, показано изменение метаболизма ГСК и клетокпредшественников с возрастом [16], ведущее к ухудшению адаптационных способностей клеток. Подобные инволюционные процессы на фоне хронического облучения позволяют регистрировать эффекты дефицита пула ГСК и клеток-предшественников в отдаленные сроки после хронического радиационного воздействия.

Кроме того, в группе лиц, облученных только в постнатальном периоде, наблюдаются положительная корреляция количества ГСК и клеток-предшественников с поглощенной постнатальной дозой облучения ККМ и увеличение этих показателей относительно группы сравнения 2. При этом у лиц, облученных только в постнатальном периоде онтогенеза, даже спустя 60 и более лет после начала хронического радиационного воздействия регистрируют изменения клеточного состава периферической крови, а именно пониженное содержание нейтрофилов и лимфоцитов [3]. Таким образом, полученные нами данные могут отражать активацию компенсаторных механизмов, обеспечивающих постоянную пролиферацию ГСК и клеток-предшественников в ответ на описанные выше изменения.

Полученные данные о дозовых зависимостях содержания CD34+-клеток в периферической крови хронически облученных лиц отличаются от ранее опубликованных данных [16], не выявивших связанных с дозой облучения изменений количества ГСК и клеток-предшественников в периферической крови стареющей когорты выживших после атомной бомбардировки Хиросимы. Данный факт может быть обусловлен характером радиационного воздействия — жители сел, расположенных по берегам р. Течи, подвергались хроническому облучению в основном от остеотропного 90Sr, воздействовавшего именно на кроветворные участки ККМ.

ВЫВОДЫ

Результаты исследования демонстрируют увеличение пула гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и клетокпредшественников в периферической крови лиц, облученных в постнатальном периоде. По количеству CD34+-клеток в периферической крови группа лиц, облученных в периоде внутриутробного и постнатального развития, сопоставима с группой сравнения 1. Установлены слабые значимые дозовые зависимости показателей CD34+-клеток для лиц, облученных в период внутриутробного и постнатального развития, и лиц, облученных только в период постнатального развития. При этом зависимости носят разнонаправленный характер: количество ГСК и клетокпредшественников в периферической крови лиц, облученных в период внутриутробного и постнатального развития, дозозависимо снижается, а в крови лиц, облученных только в период постнатального развития увеличивается. Полученные результаты являются предварительными. Дальнейшие исследования позволят получить более надежные данные о влиянии низкоинтенсивного облучения ККМ на количественный состав ГСК и клеток-предшественников в отдаленные сроки после хронического радиационного воздействия.

КОММЕНТАРИИ (0)