pulmoПульмонологияPULMONOLOGIYA0869-01892541-9617Scientific and Practical Journal “PULMONOLOGIYA” LLC10.18093/0869-0189-2015-25-3-350-356pulmo-585Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL STUDIESПатологическая репарация в зонах ниш стволовых клеток респираторных отделов легкого при идиопатическом легочном фиброзеPathologic reparation of the stem cell niche zones of respiratory acini in idiopathic pulmonary fibrosisДемураС. А.DemuraS. A.

к. м. н., ассистент кафедры патологической анатомии им. А.И.Струкова ГБОУ ВПО «Первый МГМУ им. И.М.Сеченова» Минздрава России, тел.: (499) 708-37-65 

PhD, Assistant Lecturer at the A.I.Strukov Department of Pathological Anatomy, State Institution «I.M.Sechenov First Moscow State Medical University», Healthcare Ministry of Russia; tel.: (499) 708-37-65,

sarah3618@gmail.comКоганЕ. А.KoganE. A.

д. м. н., профессор кафедры патологической анатомии имени А.И. Струкова ГБОУ ВПО «Первый МГМУ им. И.М.Сеченова» Минздрава России, зав. отделением патоморфологии ФГБУ «Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И.Кулакова» Минздрава России; тел.: (499) 708-37-65

MD, Head of Division of Pathomorphology, Federal Institution «Academician V.I. Kulakov Scientific Center of Obstetrics, Gynecology and Perinatology», Healthcare Ministry of Russia; Professor at the A.I.Strukov Department of Pathological Anatomy, State Institution «I.M.Sechenov First Moscow State Medical University», Healthcare Ministry of Russia; tel.: (499) 708-37-65;

koganevg@gmail.comПауковВ. С.PaukovV. S.

д. м. н., профессор, академик РАЕН, заслуженный деятель науки РФ, зав. кафедрой патологической анатомии им. А.И.Струкова ГБОУ ВПО «Первый МГМУ им. И.М.Сеченова» Минздрава России; тел.: (499) 708 37 65

MD, Academician of the Russian Academy of Natural Science, Professor, Head of A.I.Strukov Department of Pathological Anatomy, State Institution «I.M.Sechenov First Moscow State Medical University», Healthcare Ministry of Russia; Honored Scientist of Russian Federation; tel.: (499) 708-37-65;

paukov@mma.ruГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова» Минздрава России: 119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2;РоссияState Institution «I.M.Sechenov First Moscow State Medical University», Healthcare Ministry of Russia: 8, build 2, Trubetskaya str., Moscow, 119991, Russia;Russian FederationГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова» Минздрава России: 119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2; ФГБУ «Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. В.И.Кулакова» Минздрава России: 117997, Москва, ул. Академика Опарина, 4РоссияState Institution «I.M.Sechenov First Moscow State Medical University», Healthcare Ministry of Russia: 8, build 2, Trubetskaya str., Moscow, 119991, Russia; Federal Institution «Academician V.I. Kulakov Scientific Center of Obstetrics, Gynecology and Perinatology», Healthcare Ministry of Russia: 4, Academika Oparina str., Moscow, 117997, RussiaRussian Federation201531072015253350356Copyright © Демура С.А., Коган Е.А., Пауков В.С., 20152015Демура С.А., Коган Е.А., Пауков В.С.Demura S.A., Kogan E.A., Paukov V.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.pulmonology.ru/pulm/article/view/585

Изучены морфологические и молекулярно-биологические особенности повреждения и репарации зон ниш стволовых клеток (НСК) респираторных отделов легких и значения возникших в них изменений в патогенезе идиопатического легочного фиброза (ИЛФ) или обычной интерстициальной пневмонии (ОИП). Работа выполнена на материале открытых трансторакальных (n = 71) и трансбронхиальных (n = 47) биопсий легких у пациентов (n = 118) с диагностированным бронхиолоальвеолярным раком легкого (n = 13), развившимся на фоне ИЛФ. Серийные парафиновые срезы окрашивались гематоксилином и эозином и пикрофуксином по Ван Гизону; при помощи иммуногистохимических реакций выявлялись антитела к матриксным металлопротеиназам (MMP)-1, -2, -7, ингибитору ММП (TIMP-4), маркеру пролиферации PCNA, тромбоцитарноподобному фактору роста (PDGF), эпидермальному фактору роста, фактору роста фибробластов типа basic, маркерам клеточного происхождения клеток, участвующих в репарации, – десмину, виментину, гладкомышечному актину (LabVision, 1 : 100), Apo-Cas (Novocastra, 1 : 100), трансдермальному фактору роста-#b, фактору некроза опухоли-#a, цитокератину (ЦК)-7, -18, маркера неоангиогенеза CD-34, маркерам стволовых клеток Oсt-4 и СD-117 (DAKO, 1 : 50), CD-68, (DAKO, 1 : 100), ЦK-5 (Biogenesis, 1 : 200), ЦK-6, -19 (Uni-Heidelberg, 1 : 100). В качестве вторичных антител применялись биотинилированные антитела к иммуноглобулинам мыши и кролика (Dako LSAB + KIT, Peroxidase). Все полученные количественные и полуколичественные данные обработаны методом вариационной статистики. Показано, что в патогенезе и морфогенезе ИЛФ / ОИП важнейшую роль играет вовлеченность в процесс зон НСК легочной ткани, что приводит к последующей неполноценной репарации. Вероятно, что в основе неполноценной репарации при ОИП лежит нарушение процессов мезенхимально-эпителиальной (МЭТ) / эпителиально-мезенхимальной трансформации (ЭМТ), о чем свидетельствует появление в зонах НСК клеток с миофибробластическим фенотипом, одновременно экспрессирующих маркеры мезенхимальной и эпителиальной дифференцировки, а также маркеры стволовых клеток. Вероятно, что клетки с миофибробластическим фенотипом, «латающие» разрушенные базальные мембраны и сохраняющиеся в зонах НСК, можно рассматривать в качестве как маркерных, появление которых свидетельствует о патологической репарации легочной ткани в результате срыва программы МЭТ. При срыве программы МЭТ / ЭМТ в случае ОИП в последующем не только формируется «сотовое» легкое, но и развивается рак.

The aim. Investigating morphological and molecular characteristics of injury and reparation of the stem cell niche (SCN) zones in the respiratory acini and determining a role of these changes for the pathogenesis of idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) / usual interstitial pneumonia (UIP). Methods. Surgical transthoracic (n = 71) and transbronchial (n = 47) lung biopsy specimen from 118 patients were investigated. Bronchiolar carcinoma occurring against the background of ILF was diagnosed in 13 cases. Serial paraffin sections were stained with hematoxylin and eosin and Van Gieson picrofuchsin; immunohistochemical reactions were used to detect MMP-1, -2, -7, TIMP-4, PCNA, PDGF, EGF, FGF-b, desmin (Dsm), vimentin (Vimentin), SMA (LabVision, 1 : 100), Apo-Cas (Novocastra, 1 : 100), TGF-b, TNF-a, CD 34, CK-7, -18, Oct-4 and CD-117 (DAKO, 1 : 50), CD68, (DAKO, 1 : 100), CK-5 (Biogenesis, 1 : 200), CK-6, -19 (Uni-Heidelberg, 1: 100). Biotinylated antibodies against mouse and rabbit immunoglobulins (Dako LSAB + KIT, Peroxidase) were used as secondary antibodies. All quantitative and semi-quantitative data were analyzed with variational statistics. Results. Involvement of NSC zones of the lung tissue plays the key role in pathogenesis and morphogenesis of IPF / UIP. This leads to deficient reparation. Disorders of mesenchymal-epithelial transformation / epithelial-mesenchymal transformation (MET / EMT) are likely to be a basis for insufficient reparation in UIP. This is supported by appearance of cells with myofibroblast phenotype expressing both markers of mesenchymal and epithelial differentiation and stem cell markers in the SCN zones. Conclusion. Cells with myofibroblast phenotype could be considered as markers of pathologic reparation following MET program failure. Subsequently, MET program failure in UIP could lead to the development of «honey-comb» disorders in the lungs and also to lung carcinoma development.

идиопатические легочный фиброзобычная интерстициальная пневмониябронхиолярно-альвеолярная переходноклеточная зонамезенхимально-эпителиальная трансформацияпролиферациясклерозрак легкогоidiopathic pulmonary fibrosisusual interstitial pneumoniastem cell niche zonesmesenchymal-epithelial transformationproliferationfibrosislung carcinomaReferences​Коган Е.А. Фиброзирующий альвеолит – современные аспекты проблемы. Архив патологии. 1995; 1 (4): 5–11.​Коган Е.А. Фиброзирующий альвеолит – современные аспекты проблемы. Архив патологии. 1995; 1 (4): 5–11.​American Thoracic Society / European Respiratory Society. International multidisciplinary consensus classification of the idiopathic interstitial pneumonias. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002; 165: 277–304. www.atsjournals.org​American Thoracic Society / European Respiratory Society. International multidisciplinary consensus classification of the idiopathic interstitial pneumonias. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002; 165: 277–304. www.atsjournals.org​Bouros D., Nicholson A.C., Polychronopoulos V., du Bois R.M. Acute interstitial pneumonia. Eur. Respir. J. 2000; 15 (8): 412–418.​Bouros D., Nicholson A.C., Polychronopoulos V., du Bois R.M. Acute interstitial pneumonia. Eur. Respir. J. 2000; 15 (8): 412–418.​Nicholson A.G. Classification of idiopathic interstitial pneumonias: making sense of the alphabet soup. Histopathology. 2002; 41: 381–391.​Nicholson A.G. Classification of idiopathic interstitial pneumonias: making sense of the alphabet soup. Histopathology. 2002; 41: 381–391.​Коган Е.А., Корнев Б.М., Попова Е.Н. и др. Интерстициальные болезни легких: Практическое руководство. М.: Литтерра; 2007.​Коган Е.А., Корнев Б.М., Попова Е.Н. и др. Интерстициальные болезни легких: Практическое руководство. М.: Литтерра; 2007.​Guschall W., Liebertau G., Dittrich I., Schirpke C. Erkrankungsdauer und Todesursachen bei Patienten mit fibrosierender Alveolitis. Lungenfibrose. Atem.-Lungenkrkh. 1998; 24 (3): 10–116.​Guschall W., Liebertau G., Dittrich I., Schirpke C. Erkrankungsdauer und Todesursachen bei Patienten mit fibrosierender Alveolitis. Lungenfibrose. Atem.-Lungenkrkh. 1998; 24 (3): 10–116.​Johnson M.A., Kwan S. Snell N.J.C. et al. Randomized controlled trial comparing prednisolone alone with cyclophosphamide and low dose prednisolone in combination in cryptogenic fibrosing alveolitis. Thorax. 1989; 44: 280–288. DOI: 10.1136/thx.44.4.280.​Johnson M.A., Kwan S. Snell N.J.C. et al. Randomized controlled trial comparing prednisolone alone with cyclophosphamide and low dose prednisolone in combination in cryptogenic fibrosing alveolitis. Thorax. 1989; 44: 280–288. DOI: 10.1136/thx.44.4.280.​Selman M., Ruiz V., Cabrera S. et al. TIMP-1, -2, -3 & -4 in idiopathic pulmonary fibrosis. A prevailing nondegradative lung microenvironment? Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2000; 279: 562–574.​Selman M., Ruiz V., Cabrera S. et al. TIMP-1, -2, -3 & -4 in idiopathic pulmonary fibrosis. A prevailing nondegradative lung microenvironment? Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2000; 279: 562–574.​Turner-Warwick M., Burrows В., Luburich P. et al. Cryptogenic fibrosing alveolitis: response to corticosteroid treatment and its effect on survival. Thorax. 1980; 35 (4): 593–599.​Turner-Warwick M., Burrows В., Luburich P. et al. Cryptogenic fibrosing alveolitis: response to corticosteroid treatment and its effect on survival. Thorax. 1980; 35 (4): 593–599.​Selman M. Idiopathic pulmonary fibrosis challenges for the future. Am J. Chest. 2001; 120: 8–10.​Selman M. Idiopathic pulmonary fibrosis challenges for the future. Am J. Chest. 2001; 120: 8–10.​Bilder D., O'Brien L.E. Beyond the niche: Tissue-level coordination of stem cell dynamics. Ann. Rev. Cell. Dev. Biol. 2013; 29: 107–136.​Bilder D., O'Brien L.E. Beyond the niche: Tissue-level coordination of stem cell dynamics. Ann. Rev. Cell. Dev. Biol. 2013; 29: 107–136.​Polak J., ed. Cell Therapy for Lung Disease. London: Imperial College Press; 2010.​Polak J., ed. Cell Therapy for Lung Disease. London: Imperial College Press; 2010.​Демура С.А., Коган Е.А., Пауков В.С. Морфология и молекулярные основы повреждения ниши стволовых клеток респираторного ацинуса при идиопатических интерстициальных пневмониях. Архив патологии. 2014; 76 (6): 28–36.​Демура С.А., Коган Е.А., Пауков В.С. Морфология и молекулярные основы повреждения ниши стволовых клеток респираторного ацинуса при идиопатических интерстициальных пневмониях. Архив патологии. 2014; 76 (6): 28–36.​Andre C., Hampe A., Lachaume P. et al. (January 1997). Sequence analysis of two genomic regions containing the KIT and the FMS receptor tyrosine kinase genes. Genomics. 1996; 39 (2): 216. DOI: 10.1006/geno.1996.4482. PMID 9027509.​Andre C., Hampe A., Lachaume P. et al. (January 1997). Sequence analysis of two genomic regions containing the KIT and the FMS receptor tyrosine kinase genes. Genomics. 1996; 39 (2): 216. DOI: 10.1006/geno.1996.4482. PMID 9027509.​Atlasi Y., Mowla S.J., Ziaee S.A.M. et al. OCT4 Spliced variants are differentially expressed in human pluripotent and nonpluripotent cells. J. Stem Cells. 2008; 26 (12): 3002–3267. DOI: 10.1634/stemcells.2008-0530.​Atlasi Y., Mowla S.J., Ziaee S.A.M. et al. OCT4 Spliced variants are differentially expressed in human pluripotent and nonpluripotent cells. J. Stem Cells. 2008; 26 (12): 3002–3267. DOI: 10.1634/stemcells.2008-0530.​Yarden Y., Kuang W.J., Yang-Feng T. et al. Human proto-oncogene c-kit: a new cell surface receptor tyrosine kinase for an unidentified ligand. EMBO J. 1987; 6 (11): 3341–3351. PMID 2448137.​Yarden Y., Kuang W.J., Yang-Feng T. et al. Human proto-oncogene c-kit: a new cell surface receptor tyrosine kinase for an unidentified ligand. EMBO J. 1987; 6 (11): 3341–3351. PMID 2448137.​Schweizer J., Bowden P.E., Coulombe P.A. et al. New consensus nomenclature for mammalian keratins. J. Cell. Biol. 2006; 174 (2): 169–74. DOI: 10.1083/jcb.200603161. PMC 2064177.PMID 16831889.​Schweizer J., Bowden P.E., Coulombe P.A. et al. New consensus nomenclature for mammalian keratins. J. Cell. Biol. 2006; 174 (2): 169–74. DOI: 10.1083/jcb.200603161. PMC 2064177.PMID 16831889.​Suga H., Matsumoto D., Eto H. et al. Functional implications of CD34 expression in human adipose-derived stem/progenitor cells. Stem Cells Dev. 2009; 18 (8): 1201–1210. DOI: 10.1089/scd.2009.0003. PMID: 19226222.​Suga H., Matsumoto D., Eto H. et al. Functional implications of CD34 expression in human adipose-derived stem/progenitor cells. Stem Cells Dev. 2009; 18 (8): 1201–1210. DOI: 10.1089/scd.2009.0003. PMID: 19226222.​Nakaya Y., Kuroda S., Katagiri Y.T. et al. Mesenchymal-epithelial transition during somitic segmentation is regulated by differential roles of Cdc42 and Rac1. J. Dev. Cell. 2004; 7 (3): 425–438.​Nakaya Y., Kuroda S., Katagiri Y.T. et al. Mesenchymal-epithelial transition during somitic segmentation is regulated by differential roles of Cdc42 and Rac1. J. Dev. Cell. 2004; 7 (3): 425–438.​Aho S., Uitto J. (March). 180-kD bullous pemphigoid antigen / type XVII collagen: tissue-specific expression and molecular interactions with keratin 18. J. Cell. Biochem. 1999; 72 (3): 356–367. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4644(19990301)72:3<356::AID-JCB5>3.0.CO;2-M. ISSN 0730-2312. PMID 10022517.​Aho S., Uitto J. (March). 180-kD bullous pemphigoid antigen / type XVII collagen: tissue-specific expression and molecular interactions with keratin 18. J. Cell. Biochem. 1999; 72 (3): 356–367. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4644(19990301)72:3<356::AID-JCB5>3.0.CO;2-M. ISSN 0730-2312. PMID 10022517.​Ueda Y., Fujita J., Bandoh S. et al. Expression of cytokeratin 19 mRNA in human lung cancer cell lines. Int. J. Cancer. 1999; 81 (6): 939–943.​Ueda Y., Fujita J., Bandoh S. et al. Expression of cytokeratin 19 mRNA in human lung cancer cell lines. Int. J. Cancer. 1999; 81 (6): 939–943.​Zvaifler N.J. Relevance of the stroma and epithelial-mesenchymal transition (EMT) for the rheumatic diseases. Arthritis Res. Ther. 2006; 8 (3): 210.​Zvaifler N.J. Relevance of the stroma and epithelial-mesenchymal transition (EMT) for the rheumatic diseases. Arthritis Res. Ther. 2006; 8 (3): 210.​Thiery J.P. Epithelial-mesenchymal transitions in tumour progression. Nat. Rev. Cancer. 2002; 2: 442–454.​Thiery J.P. Epithelial-mesenchymal transitions in tumour progression. Nat. Rev. Cancer. 2002; 2: 442–454.​Thiery J.P., Sleeman J.P. Complex networks orchestrate epithelial-mesenchymal transitions. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2006; 7: 131–142.​Thiery J.P., Sleeman J.P. Complex networks orchestrate epithelial-mesenchymal transitions. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2006; 7: 131–142.​Auersperg N., Pan J., Grove B.D et al. E-cadherin induces mesenchymal-to-epithelial transition in human ovarian surface epithelium. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999; 96: 6249–6254.​Auersperg N., Pan J., Grove B.D et al. E-cadherin induces mesenchymal-to-epithelial transition in human ovarian surface epithelium. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999; 96: 6249–6254.​Baum B., Settleman J., Quinlan MP. Transitions between epithelial and mesenchymal states in development and disease. Semin. Cell. Dev. Biol. 2008; 19 (3): 294–308.​Baum B., Settleman J., Quinlan MP. Transitions between epithelial and mesenchymal states in development and disease. Semin. Cell. Dev. Biol. 2008; 19 (3): 294–308.​Davies J.A. Mesenchyme to epithelium transition during development of the mammalian kidney tubule. Acta. Anat. 1996; 156 (3): 187–201.​Davies J.A. Mesenchyme to epithelium transition during development of the mammalian kidney tubule. Acta. Anat. 1996; 156 (3): 187–201.​Herbst R.S. Review of epidermal growth factor receptor biology. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2004; 59 (Suppl. 2): 21–26. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2003.11.041.PMID 15142631.​Herbst R.S. Review of epidermal growth factor receptor biology. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2004; 59 (Suppl. 2): 21–26. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2003.11.041.PMID 15142631.​Коган Е. А., Тыонг Ф.В., Демура С.А. Молекулярные основы формирования вариантов идиопатического фиброзирующего альвеолита. Архив патологии. 2009; 71 (1): 12–18. / Kogan E. A., Tyong F.V., Demura S.A. Molecular basis of different patterns of idiopathic pulmonary fibrosis. Arkhiv patologii. 2009; 71 (1): 12–18. (in Russian).​Коган Е. А., Тыонг Ф.В., Демура С.А. Молекулярные основы формирования вариантов идиопатического фиброзирующего альвеолита. Архив патологии. 2009; 71 (1): 12–18. / Kogan E. A., Tyong F.V., Demura S.A. Molecular basis of different patterns of idiopathic pulmonary fibrosis. Arkhiv patologii. 2009; 71 (1): 12–18. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.