Онтогенез. От клетки до человека - Джейми Дейвис

Пикнодизостоз – заболевание крайне редкое. За всю историю медицины описано только около двухсот случаев. Он обусловлен мутацией в гене, кодирующем фермент, который должен в том числе высвобождать ИФР-I из костей.[282],[283],[284],[285] Если такого фермента нет, ИФР-I остается в «ловушке» и не может стимулировать рост. Пациентам с пикнодизостозом хорошо помогают дополнительные дозы гормона роста, поддерживающие уровень ИФР-I в нужных пределах.[286] Гораздо чаще, чем пикнодизостоз, встречается другой тип карликовости – ахондроплазия, затрагивающая примерно одного из 25 тысяч людей. Ахондроплазия вызвана мутацией в сигнальном рецепторе, которая нарушает нормальный рост костей конечностей.[287],[288],[289] Люди с ахондроплазией имеют непропорционально короткие конечности, а также определенные неправильности их формы и формы других частей тела.

Телосложение Тулуз-Лотрека и людей с ахондроплазией свидетельствует о том, что неспособность некоторых частей тела поспевать за общим ростом не обязательно останавливает рост всего организма. Таким образом, пропорциональность не является следствием того, что каждая часть тела постоянно «проверяет», не переросла ли она другие части. Разные части тела должны по-своему реагировать на гормон роста, ИФР-I и другие влияющие на рост гормоны. Это справедливо даже для двух однотипных частей тела. В одном особенно наглядном эксперименте, проведенном двадцать лет назад, рост одной задней лапы кролика ингибировался с помощью местного введения химического препарата. Вторая задняя лапа кролика продолжала расти нормально, и кролик вырос кривобоким. Очевидно, что одинаковая длина ног не обусловлена тем, что растущие конечности обмениваются сигналами и подстраиваются друг к другу в процессе удлинения.[290],[291]

Из строения конечностей Тулуз-Лотрека и людей с ахондроплазией следует еще один важный вывод. В обоих случаях определенное биохимическое нарушение, являющееся первопричиной отклонения в развитии, непосредственно влияет на рост длинных костей конечностей. Прямого влияния на рост кожи, мышц, нервов, кровеносных сосудов и т. д. нет, но тем не менее эти ткани не образуют вокруг короткой кости бесформенную мягкую массу, предназначенную для нормальной конечности. Они растут в соответствии с длиной аномальной конечности. Это хорошо иллюстрирует глубинную дихотомию контроля над размерами тела: некоторые ткани организма, например кости кролика в эксперименте, самостоятельно регулируют свой абсолютный размер и могут считаться главными детерминантами размеров тела, а другие ткани ориентируются не на свои абсолютные размеры, а на размеры относительно тканей первого типа. В плане контроля над размерами ткани второго типа оказываются подчиненными, их задача заключается в том, чтобы не отставать от роста тканей-начальников, но никогда не обгонять его. Поэтому проблема контроля над размерами распадается на два вопроса: во-первых, как ткани-начальники измеряют сами себя, и, во-вторых, как подчиненные ткани подстраиваются под начальников?

Давайте сначала посмотрим, как ткани-начальники, скажем кости, контролируют свой рост. Возьмем в качестве примера развитие конечностей. Кости конечностей растут не по всей длине, а в специализированной зоне роста – эпифизарной пластинке. Она располагается близко к концу, но не на самом конце кости. Эпифизарная пластинка подразделяется на несколько зон (рис. 75). На внешнем ее конце клетки активно размножаются. Эта пролиферация является одной из непосредственных причин роста кости, хотя и не самой главной. На внутренней границе зоны пролиферации клетки меняют свое поведение и начинают формировать хрящ – мягкий предшественник кости. За счет этого внутренняя граница зоны пролиферации смещается на один ряд клеток, так что в приграничном положении оказываются новые клетки. Им нужно некоторое время на то, чтобы отреагировать на изменение ситуации, после чего эти клетки тоже переключатся на образование хряща, и так далее. Таким образом, на дистальном конце зоны пролиферации постоянно появляются новые клетки, а на проксимальном конце клетки постоянно покидают эту зону и создают хрящ. В результате зона пролиферации продвигается вперед.

Рис. 75. Эпифизарная пластинка кости растущей конечности

Формирование хряща сопровождается увеличением объема: отчасти потому, что клетки увеличиваются в размерах, а отчасти потому, что они выделяют студенистое вещество, заполняющее межклеточное пространство. Это увеличение объема ткани и является основной причиной удлинения кости. Со временем хрящ созревает, хрящевые клетки отмирают и замещаются клетками, источником которых является прилегающая сформировавшаяся кость. Эти клетки заселяют хрящ, постепенно превращая его в костную ткань. Поскольку клетки в зоне пролиферации продолжают активно размножаться, процесс идет непрерывно: кость удлиняется, а зоны эпифизарной пластинки смещаются все дальше в дистальном направлении. Таким образом, скорость удлинения кости зависит прежде всего от скорости пролиферации клеток в наружной части эпифизарной пластинки и скорости, с которой клетки покидают зону пролиферации и начинают формировать хрящ.