فیزیولوژی خون‌سازی در بدن انسان

خون‌سازی (Hematopoiesis) فرآیندی است که شامل تشکیل و نمو انواع مختلف عناصر سلولی خون است. عناصر خون محیطی طی یک فرآیند پیچیده هستی‌زایی (ontogeny) تشکیل می‌شوند که به دقت تنظیم شده است. سلول بنیادی خون‌ساز چند ظرفیتی طی روند بازسازی خود (Self-renewal)، هم جمعیت خود را حفظ می‌کند و هم در چندین مسیر تمایزی قرار می‌گیرد تا تعداد مناسبی از انواع سلول‌های موجود در گردش خون را تولید می‌کند (جدول ۱-۴۷). خصوصیت منحصر به فرد دستگاه خون‌ساز این است که به طور مداوم در این چرخهٔ رسش (maturation) کامل قرار می‌گیرد که طی این روند، سلول‌های ابتدایی به انواعی از سلول‌های مرحله نهایی و بسیار تخصصی تمایز می‌یابند. سلول‌های جدید طول عمرهای متفاوتی دارند و تعداد آنها متفاوت است. با توجه به پیر شدن سلول‌های خون‌ساز، مصرف آنها و مهاجرت آنها به فضاهای بافتی، می‌بایستی چرخه تولید و تخریب این سلول‌ها سریع باشد و به همین دلیل مغز استخوان برای جبران این چرخه سریع تولید و تخریب باید ظرفیت تولید سلول‌ها را دارا باشد. به علاوه، مغز استخوان باید توانایی آن را داشته باشد که در پاسخ به نیازهای غیرمعمول ناشی از خونریزی، عفونت یا سایر استرس‌ها تعداد بیشتری از سلول‌ها را تولید کند. درک چرخه مکرر نمو سلولی و بازسازی که این نیازها را برآورده می‌سازد بینش مهمی در مورد مکانیسم‌های طبیعی و مرضی در خون‌شناسی فراهم می‌کند.

بافت‌های خون‌ساز

خون‌سازی در کیسه زرد جنینی (embryonic yolk sac) آغاز می‌شود، در آنجا، اریتروبلاست‌های اولیه در جزایر خونی نخستین سلول‌های دارای هموگلوبین را بوجود می‌آورند. پس از گذشت ۶ هفته از حاملگی، کبد جنین شروع به تولید سلول‌های لنفوسیتوئید ابتدایی، مگاکاریوسیت و اریتروبلاست می‌کند و طحال به صورت مکان دوم خون‌سازی در می‌آید. سپس خون‌سازی به جایگاه طولانی مدت و قطعی آن یعنی مغز استخوان منتقل می‌شود که در افراد طبیعی در سرتاسر عمر، مکان اصلی خون‌سازی محسوب می‌شود. در اوایل عمر، تمام استخوانهای جنینی حاوی این مغز استخوان مولد هستند اما به تدریج با افزایش سن، چربی به نحو پیشرونده‌ای جایگزین مغز استخوان می‌شود. در بزرگسالان، مغز استخوان فعال فقط در اسکلت محوری (جناغ سینه، مهره‌ها، لگن، دنده‌ها) و انتهای پروگزیمال استخوان‌های ران و بازو قرار دارد. در نتیجه، نمونه مغز استخوان که برای بسیاری از تشخیص‌های هماتولوژیک ضروری است معمولاً از ستیغ ایلیاک یا جناغ سینه تهیه می‌شود. در شرایط مرضی که به گنجایش فضای مغز استخوان فشار وارد می‌آید، نظیر آنچه در بیماری‌های همراه فیبروز مغز استخوان (بیماری‌های میلوپرولیفراتیو) یا کم خونی همولیتیک ارثی شدید (تالاسمی ماژور) دیده می‌شود، خون‌سازی خارج از مغز استخوان ممکن است مجدداً در مناطقی از خون‌سازی جنینی و بخصوص در طحال برقرار شود.

جدول ۱-۴۷٫ مقادیر طبیعی سلول‌های خون محیطی
نوع. اندازه سلول میانگین محدوده
هموگلوبین زنان: g.dL14

مردان: g.dL 15.5

زنان: g16-12 در دسی‌لیتر

مردان: g17.5- 13.5 در دسی‌لیتر

هماتوکریت زنان: ۴۱%

مردان: ۴۷%

زنان: ۴۶-۳۶%

مردان: ۵۳-۴۱%

شمارش رتیکولوسیت ۱%

۶۰۰۰۰ در میکرولیتر

۱٫۵-۰٫۵%

۳۵۰۰۰ تا ۸۵۰۰۰ در میکرولیتر

حجم متوسط گویچه‌ای (MCV) ۸۰ تا ۱۰۰
تعداد پلاکت‌ها ۲۵۰٫۰۰۰ در میکرولیتر ۱۵۰٫۰۰۰ تا ۴۰۰٫۰۰۰ در میکرولیتر
شمارش کلی گویچه‌های سفید (WBC) ۷۴۰۰ در میکرولیتر ۴۵۰۰ تا ۱۱٫۰۰۰ در میکرولیتر
نوتروفیل‌ها ۴۴۰۰ در میکرولیتر (۶۰-۴۰%) ۱۸۰۰ تا ۷۷۰۰ در میکرولیتر
لنفوسیت‌ها ۲۵۰۰ در میکرولیتر (۴۰-۲۰%) ۱۰۰۰ تا ۴۸۰۰ در میکرولیتر
منوسیت‌ها ۳۰۰ در میکرولیتر (۵%>)

 نظریهٔ سلول بنیادی در خون‌سازی

فرض بر این است که تمامی سلول‌های خون‌ساز بالغ از گروه کوچکی از سلول‌های بنیادی چندظرفیتی (pluripotent stem cell) منشأ گرفته‌اند. این سلول‌ها کمتر از ۱% تمامی سلول‌های موجود در مغز استخوان را تشکیل می‌دهند و واجد هیچ خصوصیت مورفولوژیک متمایزکننده‌ای نیستند و بهترین وجه مشخصهٔ آنها خصوصیات کارکردی منحصر به‌فرد دارند. نخست، این که سلول‌های مزبور بسیار انعطاف‌پذیر و مولد هستند و قادراند در تمام طول عمر به طور مداوم تعداد عظیمی از گرانولوسیت‌ها، لنفوسیت‌ها و اریتروسیت‌ها را مجدداً تولید کنند. برای تأمین مداوم و نوسانی سلولهای خونی، دستگاه خون‌سازی باید بتواند در مدت کوتاهی تعداد زیادی از سلول‌های مورد نظر را تولید کند. برای مثال، عفونت فراگیر با میکروارگانیسم‌های مهاجم، باعث آزادسازی نوتروفیل‌ها می‌شود، در حالیکه هیپوکسی یا خونریزی حاد منجر به افزایش تولید گویچه‌های قرمز خون می‌شود. دوم، این که سلول‌های بنیادی، مجدداً سلول‌هایی از نوع خود را تولید می‌کنند و قادرانددر عین تأمین مداوم سلول‌های اجدادیِ (progenitor cells) رده‌های متعدد و مختلف سلولی، تعداد جمعیت خود را نیز در حد ثابتی نگاه دارند.

اکثر سلول‌های بنیادی برخلاف توان تکثیری وسیع خود، در شرایط طبیعی، خاموش هستند و در هر زمان معدودی از آنها گسترش یا تمایز می‌یابند. با این حال توانایی تکثیر این سلول‌ها چشمگیر است. مطالعات در مورد پرتوتابی کشنده به موشها نشان داده است که تعداد کمی از سلول‌های پیوند (به نام سلول‌های واحد تشکیل دهنده کلونی – طحال [CFU-S]) قادرند خون‌سازی رده‌های مختلف سلولی را مجدداً احیا کنند.

پیام‌هایی که تمایز سلول‌های بنیادی چند ظرفیتی به سلول‌های اجدادی متعهد (commited progenitor) را تنظیم می‌کنند، شناسایی نشده است. داده‌های موجود حاکی از آن است که نخستین مرحله در روند تعهد رده‌ای، رویدادی تصادفی است. فرض بر این است که مراحل بعدی تکامل سلولی تحت تأثیر فاکتورهای رشد یا سیتوکین‌ها انجام می‌شوند (جدول ۲-۴۷). سیتوکین‌ها از طریق گیرنده‌های اختصاصی سیتوکین بر سلول‌های مختلفی اعمال اثر می‌کنند. فعال شدن این گیرنده‌ها موجب انتقال پیام‌هایی می‌شود که منجر به ترجمه ژنی و نهایتاً تکثیر و تمایز سلولی می‌شوند. این عوامل رشد، همچنین با جلوگیری از آپوپتوز (مرگ برنامه‌ریزی شده سلول) بقای سلول‌های خون‌سازِ در حال نمو می‌شوند. این فرآیند در محیط سلولی مغز استخوان روی می‌دهد و امروزه به خوبی مشخص شده است که خون‌سازی علاوه بر سلول‌های خون‌ساز تا حدودی به سلول‌های غیرخون‌ساز (فیبروبلاست‌ها، سلول‌های اندوتلیال، استئوبلاست‌ها و سلول‌های چربی) که محیط میکروسکوپی مغز استخوان را تشکیل می‌دهند متکی است. تحقیقات اخیر در بیولوژی HSC بر چگونگی تنظیم این سلول‌ها توسط فاکتورهای رشد درون محیط میکروسکوپی محلی مغز استخوان و توسط واکنش‌های لیگاندهای سطح سلولی یگانه بین سلول‌های بنیادی و سلول‌های استرومایی احاطه کننده در مناطق کاملاً مشخص شده‌ای به نام طاقچه‌های سلول بنیادی (stem cell niches)، متمرکز می‌باشد.

جدول ۲-۴۷٫ سیتوکین‌ها و فعالیت‌های آنها
مخفف نام تأثیر بر خون‌سازی
EPO اریتروپویتین تحریک تکثیر و رسش و سلول‌های اجدادی اریتروئید؛ توسط کلیه‌ها در پاسخ به کم خونی و هیپوکسی تولید می‌شود؛ از لحاظ بالینی در درمان کم‌خونی ناشی از سطوح پایین EPO (نارسایی کلیه، برخی موارد کم‌خونی بیماری مزمن) حائز اهمیت است.
G-CSF فاکتور محرک کلونی گرانولوسیت تحریک تکثیر و رسش گرانولیست؛ اثرات آن وسیع است زیرا سبب آزادسازی سلول‌های بنیادی در خون محیطی نیز می‌شود؛ از نظر بالینی در درمان نوتروپنی و آزاد کردن سلول‌های بنیادی برای پیوند حائز اهمیت است.
GM-CSF فاکتور محرک کلونی گرانولوسیت- مونوسیت تکثیر پیش‌سازهای گرانولیست و مونوسیت؛ نقش آن در خون‌سازی در حالت معمولی روشن نیست، زیرا فقدان آن هیچ تغییری در خونسازی ایجاد نمی‌کند.
TPO ترومبوپویتین تکثیر مگاکاریوسیت‌ها؛ مطالعات بالینی در مورد آن موفقیت‌آمیز نبوده است.
M-CSF فاکتور محرک کلونی مونوسیت تکثیر مونوسیت‌ها
IL-2 اینترلوکین- ۲ تکثیر سلول‌های T
IL-3 اینترلوکین- ۳ (multi-CSF) تکثیرگرانولیست و مونوسیت؛ اثرات وسیع، به نظر می‌رسد سبب افزایش تکثیر سلول‌های بنیادی می‌شود؛ کاربرد بالینی ندارد.
IL-4 اینترلوکین- ۴ تکثیر سلول‌های B
IL-5 اینترلوکین- ۵ تکثیر سلول‌های T و سلول‌های B؛ تکثیر و تمایز ائوزینوفیل‌ها
IL-11 اینترلوکین- ۱۱ تکثیر مگاکاریوسیت‌ها؛ تحت آزمایش‌های بالینی
LIF عامل مهار لوسمی تکثیر سلول‌های بنیادی و مگاکاریوسیت‌ها
SCF فاکتور سلول بنیادی (لیگاند کیت) تکثیر سلول‌های اجدادی، اثرات وسیع بر روی رده‌های متعدد

مسیرتمایز خون‌سازی

خون‌سازی طی یک سلسله مراتب کاملاً منظم پیش می‌رود (شکل ۱-۴۷) که تحت تأثیر عوامل نسخه‌برداری درونی و سیتوکین‌های موجود در محیط ریزساختارهای مغز استخوان است. سلول‌های ابتدایی تحت تأثیر سیتوکین‌های اختصاصی بالغ می‌شوند و طی این روند چندین بار تقسیم شده و به سلول‌های اجدادی متعهد به یک رده سلولی تبدیل می‌شوند. این سلول‌ها پس از طی این روند توانایی بازسازی خود را نیز از دست می‌دهند. از لحاظ ریخت‌شناسی، این سلول‌ها از سلول‌های شبه بلاست غیراختصاصی به سلول‌هایی تغییر می‌یابند که از روی رنگ، شکل و محتوای گرانولار و هسته می‌توان آنها را شناسایی نمود. از لحاظ کارکردی، این سلول‌ها گیرنده‌های سطحی متمایزی پیدا می‌کنند و به پیام‌های خاصی پاسخ می‌دهند. سلول‌های اریتروئید و گرانولوسیت‌های در حال بلوغ، در مغز استخوان چندین بار دیگر وارد تقسیم سلولی می‌شوند، در حالیکه لنفوسیت‌ها برای نمو بیشتر به تیموس و گره‌های لنفی مهاجرت می‌کنند. در مگاکاریوسیت‌ها تقسیم سلولی متوقف می‌شود اما تکثیر هسته ادامه می‌یابد. نهایتاً، این سلول‌ها به صورت سلول‌های کاملاً کارکردی اریتروسیت، ماست‌سل‌ها (mast cells)، گرانولوسیت‌ها، مونوسیت‌ها، ائوزینوفیل‌ها، ماکروفاژها و پلاکت‌ها از مغز استخوان رها می‌شوند.

سلول بنیادی چند ظرفیتی

سلول بنیادی چند ظرفیتی از لحاظ ریخت‌شناسی قابل تمیز است و بهترین وجه مشخصهٔ آن عرضهٔ آنتی‌ژن تمایز سلولی یعنی CD34، و توانایی آن برای تشکیل کلونی‌های چند ظرفیتی در آزمایشگاه است. این سلول تحت تأثیر اینترلوکین یک (IL-1)، IL-3، IL-6، flt-3 (تیروزین‌کیناز- ۳ شبه fms) و یک عامل اختصاصی سلول بنیادی (لیگاند C-Kit یا عامل Steel)، به سلول بنیادی رده میلوئید (واحد تشکیل‌دهنده کلونی گرانولوسیت، اریتروسیت، ماکروفاژ، مگاکاریوسیت [CFU-GEMM]) یا سلول بنیادی رده لنفوئید تمایز می‌یابد. در حضور عامل تحریک‌کننده کلونی گرانولوسیت- ماکروفاژ (GM-CSF) (granulocyte-macrophage colony-stimulating) و IL-3، سلول بنیادی میلوئید به سلول‌های دختر رده‌های مربوط به خود تمایز می‌یابد (شکل ۱-۴۷). از سوی دیگر، سلول بنیادی لنفوپویتیک (لنفوسیت‌ساز) به سلول پیش – B­ (pre-B) یا پروتیموسیت (سلول Pre –T) تبدیل می‌شود و برای تکامل بیشتر، مغز استخوان را ترک می‌کند.

ردهٔ اریتروئید

پیش‌سازهای ابتدایی اریتروئید که از سلول بنیادی میلوئید منشاء می‌گیرند سلول‌های واحد تشکیل‌دهنده فَوَران اریتروئید (BFU-E) (burst-forming unit-erthroid) نامیده می‌شوند. این سلول‌ها سپس به سلول‌های CFU-E (colony-forming unit-erythtroid) (واحد تشکیل‌دهنده اریتروئید) تبدیل می‌شوند که در واقع سلول‌های اجدادی متعهدِ اریتروسیت‌ها هستند. سلول‌های CFU-E، گیرنده‌های اریتروپویتین (EPO) در سطح خود دارند، اریتروپویتین یک مولکول ۱۸ هزار دالتونی است که سلول‌های بافت بینابینی کلیه در پاسخ به کمبود اکسیژن یا کم‌خونی آن را تولید می‌کنند. EPO تکثیر سلول‌های CFU-E را تنظیم می‌کند و در تکامل آنها به پرواریتروبلاست و رتیکولوسیت نقش دارد؛ که تولید هموگلوبین را آغاز می‌کنند (جدول ۲-۴۷ را ببینید).

رده‌های گرانولوسیت و مونوسیت

GM-CSF انسانی در اوایل مسیر خون‌سازی عمل می‌کند و بلوغ سلول بنیادی CFU-GEMM را تنظیم می‌کند. تمایز این پیش‌ساز میلوئید به سلول‌های اجدادی اختصاصیِ متعهد، تحت تأثیر عامل تحریک کننده کلونی مونوسیت (M-CSF) صورت می‌گیرد. سلول‌های GFU-G (واحد تشکیل‌دهنده کلونی گرانولوسیت) طی مراحل متوالی به ترتیب به میلوبلاست، میلوسیت و نهایتاً نوتروفیل‌های پلی‌مورفونوکلئار اولیه (با خصوصیات مشخص هسته‌های چند قسمتی) تبدیل می‌شوند که این سلول‌ها به راحتی قابل شناسایی هستند. از سوی دیگر، سلول‌های CFU-M (واحد تشکیل‌دهنده کلونی مونوسیت) طی فرآیند تکامل با حفظ هستهٔ واحد خود، از مونوبلاست‌ها به پرومونوسیت‌ها و سپس مونوسیت‌ها و در برخی موارد ماکروفاژها تمایز می‌یابند.

سایر رده‌ها

سلول‌های CFU-GEMM تحت تأثیر IL-5 و IL-4. IL-3 به ترتیب به ائوزینوفیل و بازوفیل تبدیل می‌شوند. پیدایش محتویات گرانولار اختصاصی در این سلول‌ها به افتراق پیش‌سازهای آنها از مونوسیت‌های اولیه کمک می‌کند. نمو مورفولوژیک پلاکتها با سایر رده‌های سلولی تفاوت دارد. سلول‌های GFU-GEMM به CFU-Meg (واحد تشکیل‌دهنده کلونی مگاکاریوسیت) تبدیل می‌شوند، علت نامگذاری مگاکاریوسیت این است که در این رده سلولی، تقسیم سلولی در مراحل اولیه نمو متوقف می‌شود اما تکثیر هسته ادامه می‌یابد. مگاکاریوسیت‌ها تنها سلول‌هایی هستند که قادرند مقدار DNA خود را دو برابر کنند (این را اندومیتوز می‌گویند) محتویات هستهٔ سلول‌های در حال تکامل مگاکاریوسیت، طی چندین چرخه سلولی، چند برابر می‌شود و این سلول‌ها برای تجزیه نهایی به پلاکت‌ها (که حاوی قطعه‌ای از سیتوپلاسم سایر سلول‌های خون‌ساز هستند) آماده می‌شوند. در مطالعات انسانی و حیوانی مشخص شده است که دو نوع عامل رشد، یعنی ترومبوپوئیتین (Thrombopoietin) و اینترلوکین-۱۱، تعداد پلاکتها را از طریق تسریع تکامل مگاکاریوسیت‌ها افزایش می‌دهند.

انعطاف‌پذیری سلول بنیادی

اخیراً داده‌های وسوسه‌انگیزی، تصور مرسوم دربارهٔ تمایز سلسله مراتبی سلول بنیادی خون‌ساز را زیر سؤال برده است. به گفتهٔ دانشمندان، سلول‌های بنیادی خون‌ساز نه تنها می‌توانند به طور معکوس به سلول‌های اجدادی نارس‌تر تمایز داشته باشند بلکه می‌توانند از ردهٔ خود خارج شده و به سلول‌های غیرخونی همچون سلول عضله، سلول کبدی، سلول پوششی دستگاه گوارش، و سلول عصبی تمایز یابند. معلوم نیست که این انعطاف‌پذیری (plasticity) سلول‌های بنیادی خون‌ساز واقعاً یک ویژگی ذاتی سلول‌های بنیادی بزرگسال است، یا نتیجهٔ آلودگی با سلول‌های جمعیت‌های دیگر و پیوند یافتن سلول‌های خون‌ساز با سایر سلول‌های بافتی می‌باشد، یا خطای آزمایشگاهی ناشی از تکنیک‌های غلط جداسازی سلول بنیادی در آزمایشگاه است. با این حال، این قابلیت سلول‌های خون‌ساز بزرگسالان ممکن است دریچهٔ امیدی برای نوسازی و ترمیم بافت‌ها باشد.

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.