Типы гибели клеток и их патогенетическая значимость

До начала семидесятых годов прошедшего столетия гибель отдель­ной клетки рассматривалась как результат её старения или стохастического повреждения, а все типы смерти клетки обозначались как «некроз». Этот термин был предложен еще в 1871 г. выдающимся немецким патологоанатомом Рудольфом Вирховым для обозначения совокупности морфологических изменений, характерных для утративших жизнеспособность клеток и тканей организма («necrosis» (лат.) – омертвение). Однако в начале 1970-х гг. было установлено, что процессы разрушения, не совместимые с жизнедеятельностью клеток, могут развиваться не только при некрозе, но и при физиологической гибели, когда активация специальных внутриклеточных механизмов приводит к самоликвидации клеток. Это стало очевидным после того, как австралийский исследователь J.F. Kerr впервые обнаружил и описал апоптоз ‒ непатологическую форму гибели клеток в тканях.

Под апоптозом понимают энергозависимый, генетически детерминированный процесс упорядоченной гибели отдельных клеток, который происходит в интактных и патологически измененных тканях эукариотов под действием внутри- и внеклеточных стимулов.Апоптоз явля­ется первым типом программированной гибели клеток не только в ретроспективном плане, но и, прежде всего, по своей биологической значимости. Термин «программированная гибель клетки» был предложен до открытия апоптоза, когда сформировалась концепция, согласно которой смерть клетки в процессе развития не имеет случайной природы, а происходит в результате определённой последовательности событий, приводящих в конечном итоге к саморазрушению. Необходимо подчеркнуть, что апоптоз – это самая частая, но не единственная форма программированной гибели клеток, и что другие типы смерти клетки также имеют важное биологическое значение. В первую очередь это касается аутофагозной гибели, которая также играет важную в роль поддержании тканевого гомеостаза. Параллельно в современной некробиологии наблюдается тенденция к пересмотру представлений о механизмах и роли некроза. Предлагается в ряде случаев рассматривать некроз и другие сходные некробиотические процессы как самостоятельные варианты программированной гибели клеток. Данный подход вполне обоснован, что будет показано ниже, так как при патологических процессах имеет место тесная взаимосвязь между разными механизмами гибели. Выделяют также специфичные для отдельных типов клеток виды апоптотической гибели (например, корнификация для эпидермальных клеток) и различные промежуточные формы гибели клеток: митотическая катастрофа, апонекроз, некроптоз.

Современная классификация типов гибели клеток основывается на особенностях каждого типа, которые объединены в три группы критериев:

‒ наличие типичных морфологических и биохимических (энзимологических) признаков;

‒ взаимосвязь с эндогенными и экзогенными факторами, лежащими в основе процесса гибели (программированная или случайная, физиологическая или патологическая);

‒ характер иммуногенности.

Согласно рекомендациям Номенклатурного комитета по гибели клетки, выделяют три основных типа гибели клеток – апоптоз (тип I), аутофагия (тип II) и некроз (тип III).

Таблица 6.1. Критериальные особенности типов гибели клеток

Критерии повреждения	Апоптоз	Аутофагия	Некроз
Наличие генетической программы	+	+	–
Специфичность	+	–	–
Иммуногенность	–	–	+

В привязке к характеристике типов гибели клеток под специфичностью понимаются специфичные морфологические признаки, которыми сопровождается развитие процесса гибели клеток in vivo. Взаимосвязь общих критериальных показателей основных типов гибели клеток и их патогенетическая значимость наглядно иллюстрируются при сравнительном анализе характеристик апоптоза и некроза, основанном на их феноменологии и, как следствие - физиологической значимости (см. табл. 6.2).

Таблица 6.2. Сравнительная характеристика апоптоза и некроза

Апоптоз	Некроз
Морфологические проявления
Конденсация хроматина вблизи ядерной мембраны	Флокуляция хроматина, который представлен мелкими глыбами, разбросанными по всему ядру
Конденсация (сжатие) клетки	Набухание и лизис клетки
Образование везикул, окруженных мембраной (апоптотические тельца)	Полный лизис клетки без образования везикул
Органеллы не имеют видимых морфологических нарушений	Набухание и дезинтеграция органелл
Биохимические особенности
Регулируемый процесс с участием специфичных ферментативных реакций и активацией каспаз	Потеря регуляции гомеостаза на фоне отсутствия специфичных биохимических процессов
Активный энергозависимый процесс, связанный с изменениями трансмембранного митохондриального потенциала и аэробного метаболизма	Пассивный процесс, может происходить при низкой температуре
Специфичное расщепление ДНК до моно- и олигонуклеотидов («лестница» ДНК при электрофорезе в агарозном геле)	Стохастическое расщепление ДНК (большое размытое пятно ДНК-фрагментов при электрофорезе в агарозном геле)
Прелитическая фрагментация ДНК (ранний процесс отмирания)	Постлитическая фрагментация ДНК (поздний процесс отмирания)
Физиологическая/патологическая значимость
Генетически запрограммированная гибель одиночных клеток	Неконтролируемая гибель группы клеток
Инициируется физиологическими и патогенными агентами	Инициируется патогенными агентами
Фагоцитоз, отсутствие воспалительного процесса	Вызывает воспалительный процесс

Термин «аутофагия» - самопоедание (от др.-греч. αὐτός ауто — сам и φαγεῖν — «есть») применяется для обозначения катаболического процесса, направленного на поддержание жизнедеятельности клетки за счёт мобилизации внутриклеточных ресурсов в условиях воздействия на неё различных стимулов. В случае дефицита необходимых для поддержания гомеостаза питательных веществ и энергии, например при гипоксии или недостатке трофических факторов, клетки подвергаются структурно-функциональной модернизации, утилизируя часть своих цитозольных белков и органелл посредством аутофагии. Аналогичные процессы происходят при повреждениях вследствие окислительного стресса или инфекции, требующих реконструкции клеток и сопровождающихся аккумуляцией в клетках цитоплазматических компонентов, подлежащих утилизации. В подобных ситуациях аутофагия обеспечивает поддержание структурно-функционального гомеостаза, обновление цитоплазмы и органелл.

При экстремальных воздействиях механизм самосохранения нарушается, происходит развитие макроаутофагии, de novo формируются специализированные структуры – аутофагосомы, которые представляют собой двухслойные мембранные образования, внутри которых размещается подлежащий разрушению клеточный материал. При слиянии аутофагосом с лизосомами образуются аутофаголизосомы, в которых происходит расщепление различных компонентов клетки. В аутофаголизосомах перевариваются все органеллы клетки, остается только клеточный дебрис, поглощаемый макрофагами.

Процесс аутофагии отличается от апоптоза по ряду морфологических признаков. При апоптозе одним из ранних проявлений является изменение элементов цитоскелета на фоне отсутствия выраженных признаков нарушения структуры органелл, в частности, митохондрий. При макроаутофагии происходит ранняя деградация органелл на фоне относительной сохранности элементов цитоскелета вплоть до последней стадии. Аутофагозная гибель имеет следующие отличительные признаки:

– на поздних стадиях гибели, на фоне отсутствия фрагментации ядра и клетки, наблюдается пикноз ядра;

– отсутствие деградации ДНК до нуклеосомного уровня;

– увеличение числа аутофагосом и аутофаголизосом;

– повышение лизосомальной активности.

Наиболее адекватно аутофагозную гибель клетки можно отличить от некроза по специфичным морфологическим признакам, определяемым при электронной микроскопии, так как процесс сопровождается типичной массивной вакуолизацией цитоплазмы и образованием аутофагосом.

Таким образом, апоптоз и аутофагия – запрограммированные на генетическом уровне типы гибели клеток, которые могут активироваться при отсутствии патологических стимулов и развиваться без явных реакций со стороны иммунной системы. В то же время аутофагия является более динамичным процессом по сравнению с апоптозом, что наиболее отчетливо проявляется при различных экстремальных воздействиях и патологических процессах. «Некротическая гибель», или «некроз», обычно определяется как тип гибели клетки, протекающий без специфичных признаков апоптоза или аутофагии. В отличие от апоптоза и аутофагии, некротические процессы сопровождаются воспалением, то есть имеют выраженный иммуногенный/патогенный характер. В то же самое время различные патологические процессы связаны с нарушениями механизмов апоптоза.