С начала фенотипического описания апоптоза было замечено, что этот процесс встречается в большинстве, если не во всех, типах клеток организма. В основе этой гипотезы лежало морфологическое сходство в клетках различных тканей, вступающих на этот путь. Для таких клеток характерны изменения, среди которых одними из первых является сжатие клетки и потеря ею контактов с окружающими клетками и межклеточным матриксом. На ранних стадиях апоптоза плазматическая мембрана умирающей клетки остается интактной. Клетка посылает сигналы, и окружающие клетки узнают и фагоцитируют ее. Одним из таких сигналов является экспозиция на поверхности фосфатидилсерина. Это происходит до снижения митохондриального трансмембранного потенциала и высвобождения цитохрома С, об этих событиях будет сказано ниже. Для облегчения своего поглощения апоптотическая клетка уменьшает свой объем, выкачивая ионы (К, С1-, органические осмолиты), и сокращается, перестраивая цитоскелет. Кроме того, плазматическая мембрана клетки начинает образовывать пузырьки, что в отсутствие фагоцитоза приводит к формированию апоптозных телец, содержащих конденсированные или морфологически не измененные органеллы. Также сокращение клетки обычно сопровождается уплотнением ядерного содержимого. Происходит агрегация хроматина и фрагментация ядра. Было показано, что после индукции апоптоза расщепление ДНК начинается с образования высокомолекулярных фрагментов длиной 50-300 т.п.н, что близко по размеру длине ДНК в петлях хромосом. Затем эти фрагменты обычно распадаются до нуклеосом и их олигомеров. Большинство из вышеперечисленных изменений можно легко заметить под микроскопом. Апоптоз имеет свои отличительные морфологические признаки, как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. При окраске гематоксилином и эозином апоптоз определяется в единичных клетках или небольших группах клеток. Апоптотические клетки выглядят как округлые или овальные скопления интенсивно эозинофильной цитоплазмы с плотными фрагментами ядерного хроматина. Поскольку сжатие клетки и формирование апоптотических телец происходит быстро и также быстро они фагоцитируются, распадаются или выбрасываются в просвет органа, то на гистологических препаратах он обнаруживается в случаях его значительной выраженности. К тому же апоптоз - в отличие от некроза - никогда не сопровождается воспалительной реакцией, что также затрудняет его гистологическое выявление. В табл. 9 приведены данные по сравнительной характеристике некроза и апоптоза
Табл. 9. Сравнительная характеристика некроза и апоптоза |
Признак
| Апоптоз
| Некроз
|
| Распространенность
| Одиночная клетка
| Группа клеток
|
| Индукция
| Активируется физиологическими/или патологическими стимулами
| Различная в зависимости от повреждающего фактора
|
| Биохимические изменения
| Энергозависимая фрагментация ДНК эндогенными эндонуклеазами Лизосомы интактные
| Нарушение или прекращение ионного обмена. Из лизосом высвобождаются ферменты
|
| Распад ДНК
| Внутриядерная конденсация с расщеплением на фрагменты
| Диффузная локализация в некротизированной клетке
|
| Целостность клеточной мембраны
| Сохранена
| Нарушена
|
| Морфология
| Сморщивание клеток и фрагментация
| Набухание и лизис клеток
|
| Воспалительный ответ
| Нет
| Обычно есть
|
| Удаление погибших клеток
| Поглощение (фагоцитоз) соседними клетками
| Поглощение (фагоцитоз) нейтрофилами и макрофагами
|
Апоптоз отличается от некроза по количеству вовлеченных в процесс клеток, по основным биохимическим и морфологическим показателям. При апоптозе сохраняется целостность плазматической мембраны и отсутствует воспалительный ответ. Изменение морфологических признаков более четко выявляют электронно-микроскопическим исследованием. Для клетки, подвергающейся апоптозу характерно:
Сжатие клетки. Клетка уменьшается в размерах; цитоплазма уплотняется; органеллы, которые выглядят относительно нормальными, располагаются более компактно. Предполагается, что нарушение формы и объема клетки происходит в результате активации в апоптотических клетках трансглютаминазы. Этот фермент вызывает прогрессивное образование перекрестных связей в цитоплазматических белках, что приводит к формированию своеобразной оболочки под клеточной мембраной, подобно ороговевающим клеткам эпителия.
Конденсация хроматина. Это наиболее характерное проявление апоптоза. Хроматин конденсируется по периферии, под мембраной ядра, при этом образуются четко очерченные плотные массы различной формы и размеров. Ядро же может разрываться на два или несколько фрагментов. Механизм конденсации хроматина изучен достаточно хорошо. Он обусловлен расщеплением ядерной ДНК в местах, связывающих отдельные нуклеосомы, что приводит к развитию большого количества фрагментов, в которых число пар оснований делится на 180-200. При электрофорезе фрагменты дают характерную картину лестницы. Эта картина отличается от таковой при некрозе клеток, где длина фрагментов ДНК варьирует. Фрагментация ДНК в нуклеосомах происходит под действием кальций чувствительной эндонуклеазы. Эндонуклеаза в некоторых клетках находится постоянно (например, в тимоцитах), где она активируется появлением в цитоплазме свободного кальция, а в других клетках синтезируется перед началом апоптоза. Однако еще не установлено, каким образом после расщепления ДНК эндонуклеазой происходит конденсация хроматина.
Формирование апоптотических телец. В апоптотической клетке первоначально формируются глубокие впячивания поверхности с образованием полостей, что приводит к фрагментации клетки и формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл, с или без фрагментов ядра. Фагоцитоз апоптотических клеток или телец осуществляется окружающими здоровыми клетками или макрофагами. Апоптотические тельца быстро разрушаются в лизосомах, а окружающие клетки либо мигрируют, либо делятся, чтобы заполнить освободившееся после гибели клетки пространство. Фагоцитоз апоптотических телец макрофагами или другими клетками активируется рецепторами на этих клетках: Они захватывают и поглощают апоптотические клетки. Один из таких рецепторов на макрофагах - рецептор витронектина, который является?3-интегрином и активирует фагоцитоз апоптотических нейтрофилов.
