Введение

Хондроциты (от греческого χόνδρος, chondros = хрящ + κύτος, kytos = клетка) – это единственные клетки, обнаруженные в здоровом хряще. Они производят и поддерживают хрящевой матрикс, состоящий главным образом из коллагена и протеогликанов. Хотя термин «хондробласт» часто используется для описания незрелой клетки-хондроцита, он не совсем точен, поскольку предшественник хондроцитов (мезенхимальные стволовые клетки) может дифференцироваться в различные типы клеток, в том числе остеобласты.

Структура

Хондроцит в хрящевой матрице имеет округлую или многоугольную форму. Исключение составляют границы тканей, например, суставные поверхности суставов, где хондроциты могут быть сплющенными или дисковидными. Внутриклеточные признаки характерны для синтетически активной клетки. Плотность клеток хряща бедренной кости взрослого человека по всей толщине поддерживается на уровне 14,5 (±3,0) × 103 клеток/мм2 от 20 до 30 лет. Хотя хондроциты стареют с возрастом, митотические фигуры не наблюдаются в нормальном суставном хряще взрослого человека. Структура, плотность и синтетическая активность взрослого хондроцита варьируются в зависимости от его расположения. Сплющенные клетки ориентированы параллельно поверхности, вместе с коллагеновыми волокнами, в поверхностной зоне – области с наибольшей плотностью клеток. В средней зоне хондроциты крупнее и более округлые, с хаотичным распределением, в котором коллагеновые волокна также расположены более беспорядочно. В глубоких зонах хондроциты образуют колонны, ориентированные перпендикулярно поверхности хряща, вместе с коллагеновыми волокнами. Хондроциты могут проявлять различное поведение в зависимости от их положения в различных слоях. В первичных культурах хондроцитов эти зональные различия в синтетических свойствах могут сохраняться. Первичные реснички важны для пространственной ориентации клеток в развивающейся пластинке роста и являются сенсорными органеллами в хондроцитах. Первичные реснички функционируют как центры для передачи сигналов Wnt и Hedgehog и содержат механочувствительные рецепторы.

Генетика

На количество формируемых хондроцитов и процесс их созревания могут влиять многочисленные гены и белки. Два белка – костный морфогенетический белок 4 (BMP 4) и фактор роста фибробластов 2 (FGF2) – оказывают влияние на степень дифференцировки в хондроциты. Оба белка известны своей ролью в дифференцировке эмбриональных стволовых клеток в мезодермальные клетки посредством передачи сигналов с помощью BMP 4 и FGF2, действующего как стимулятор. Из мезодермального зародышевого листка клетки продолжают дифференцироваться в различные типы клеток. Помимо стимуляции мезодермального зародышевого листка BMP 4 и FGF2, обработка этими белками также усиливает количество клеток, дифференцирующихся в хондрогенные и остеогенные клетки при культивировании в соответствующих хондрогенных и остеогенных средах. Этот процесс схож у большинства позвоночных и строго регулируется из-за критической важности скелета для выживания. Отклонения, нарушения регуляции и мутации встречаются в организмах редко, поскольку они часто оказываются вредными или летальными. Именно поэтому созревание хондроцитов так тщательно контролируется. Слишком быстрое или медленное созревание может привести к тому, что организм не переживет внутриутробное развитие или младенчество. Один из генов, тесно связанных с формированием скелета, – Xylt1. Обычно этот ген отвечает за катализ присоединения гликозаминогликановых (GAG) боковых цепей к протеогликанам, которые используются в процессе клеточной сигнализации для контроля таких процессов, как рост клеток, пролиферация и адгезия. Два основных протеогликана, участвующих в этом процессе, – гепарансульфатные протеогликаны (HSPG) и хондроитинсульфатные протеогликаны (CSPG), которые в высоких концентрациях присутствуют во внеклеточном матриксе хондроцитов и играют решающую роль в регуляции их созревания. При нормальном функционировании GAG-цепи контролируется скорость созревания хондроцитов и обеспечивается достаточное количество клеток в хрящевом анлаге. Xylt1 является важным геном для хондроцитов и правильного формирования скелета и играет ключевую роль в строгой регуляции созревания. Однако мутация pug гена Xylt1, изученная на мышах в 2014 году, была обнаружена как причина преждевременного созревания хондроцитов. Животные с гомозиготными аллелями pug проявляют карликовость и имеют значительно более короткие кости по сравнению с дикими типами. Ахондроплазия может быть вызвана спонтанной мутацией или унаследована по аутосомно-доминантному типу. Как гомозиготные доминантные, так и гетерозиготные генотипы проявляют симптомы ахондроплазии, но у гетерозигот они часто менее выражены. У людей с мутировавшими аллелями наблюдаются различные симптомы нарушения эндохондрального окостенения, включая укорочение проксимальных отделов длинных конечностей и гипоплазию средней части лица. Немутировавший ген FGFR 3 отвечает за экспрессию факторов роста фибробластов (FGF), уровень которых необходимо поддерживать на определенном уровне для обеспечения соответствующей пролиферации хондроцитов. Мутация G380R вызывает гиперэкспрессию FGFR 3 и нарушение баланса во внеклеточном матриксе хряща. Хондроциты будут пролиферировать слишком быстро, нарушая сборку в хрящевом анлаге и негативно влияя на формирование кости. Эта мутация проявляется в зависимости от дозы, то есть при наличии только одной копии наблюдается увеличение экспрессии FGF, но в меньшей степени, чем при наличии двух копий мутации.

Медицинское применение

В Австралии Ortho ACI, суспензия культивированных аутологичных хондроцитов, показана к применению для лечения повреждений хряща коленного, надколенника и голеностопного суставов.