Повреждение и адаптация клеток

Повреждение и адаптация клеток — это область общей патологии, изучающая, как клетки реагируют на физиологический и патологический стресс. Когда требования или воздействия превышают нормальный диапазон функционирования клетки, она может адаптироваться, изменяя свой размер, количество или активность; если стресс сохраняется или превышает эти резервы, клетка получает повреждение, которое сначала является обратимым и может прогрессировать до одной из нескольких форм клеточной гибели. Этот континуум от адаптации через повреждение к гибели лежит в основе морфологических и молекулярных механизмов заболевания.

Definition

Повреждение и адаптация клеток обозначают диапазон клеточных ответов на стресс, охватывающий физиологическую и патологическую адаптацию, сублетальное (обратимое) повреждение и летальные конечные точки клеточной гибели, а также структурные и биохимические изменения, сопровождающие каждое состояние.

Scope

Эта область ориентирует читателя в спектре клеточных стрессовых реакций: обратимые адаптации (гипертрофия, гиперплазия, атрофия, метаплазия) и внутриклеточные накопления; обратимое повреждение и его биохимические механизмы; а также регулируемые и нерегулируемые пути клеточной гибели, включая некроз, апоптоз и катаболитическую программу выживания — аутофагию. Это концептуальная карта; подробные механизмы описаны в нижележащих тематических узлах.

Sub-topics

• Апоптоз и программируемая клеточная смерть
• Аутофагия и макроаутофагия
• Клеточная адаптация и дегенерация
• Некроз и гибель клеток
• Обратимое повреждение клетки

Core questions

• Как клетки адаптируются к повышенной или пониженной функциональной нагрузке до возникновения повреждения?
• Что отличает обратимое повреждение клеток от необратимого?
• Какими путями погибают поврежденные клетки, и чем эти пути отличаются морфологически и иммунологически?
• Как аутофагия служит как адаптивным механизмом выживания, так и фактором, влияющим на судьбу клетки?

Key concepts

• Континуум адаптации, повреждения и гибели
• Обратимое и необратимое повреждение
• Точка невозврата
• Некроз как нерегулируемая клеточная гибель
• Апоптоз как регулируемая клеточная гибель
• Аутофагия как катаболический ответ на выживание
• Номенклатура регулируемой клеточной гибели

Mechanisms

Общие повреждающие факторы — гипоксия и ишемия, окислительный стресс, химические и инфекционные агенты, иммунологические реакции, а также генетический или пищевой дисбаланс — сходятся на ограниченном наборе внутриклеточных мишеней: генерация АТФ, целостность митохондрий, гомеостаз кальция, целостность мембран и сворачивание белков. Мягкий или преходящий стресс вызывает адаптацию или обратимое повреждение; сильный или продолжительный стресс пересекает порог (точку невозврата), характеризующийся митохондриальной дисфункцией и нарушением целостности мембран, что приводит клетку к гибели. Номенклатурный комитет по клеточной гибели различает случайные и регулируемые пути гибели на молекулярных и морфологических основаниях, и одни и те же митохондриальные и сигнальные механизмы могут направлять клетку к выживанию через аутофагию или к апоптозу или некрозу в зависимости от интенсивности и контекста.

Clinical relevance

Описанные здесь закономерности лежат в основе того, как ткани реагируют на заболевание и как патологи интерпретируют биопсийный и аутопсийный материал; например, морфология некроза сигнализирует об инфаркте или инфекции, а адаптивные изменения, такие как гипертрофия или метаплазия, отражают хронический стресс. Эта область описывает концептуальную и морфологическую основу заболевания для образовательных целей и не предоставляет диагностических критериев или рекомендаций по лечению.

Evidence & guidelines

Большая часть молекулярной основы консолидирована в экспертном консенсусе Номенклатурного комитета по клеточной гибели, который периодически стандартизирует определения и критерии для различения модальностей клеточной гибели. Стандартные патологические справочники, такие как Robbins & Cotran, интегрируют эти механизмы в классическую морфологию повреждения и адаптации.

History

Клеточная концепция болезни была установлена Рудольфом Вирховом в девятнадцатом веке, который локализовал патологию в клетке. Двадцатый век добавил биохимическое изучение обратимого и необратимого повреждения и, начиная с 1972 года, признание апоптоза как отдельной, регулируемой формы клеточной гибели. С тех пор эта область расширилась до широкой таксономии регулируемых путей клеточной гибели и параллельного изучения аутофагии как адаптивного ответа.

Key figures

• Rudolf Virchow
• John Kerr
• Andrew Wyllie
• Guido Kroemer

Seminal works

• galluzzi-2018-nomenclature
• fuchs-steller-2011

Frequently asked questions

В чем разница между адаптацией и повреждением?

Адаптация — это обратимое изменение размера, количества или фенотипа клетки, которое поддерживает ее в новом, но стабильном стационарном состоянии при измененной нагрузке; повреждение возникает, когда стресс превышает адаптационную способность и нарушает клеточную функцию и структуру.

Вся ли клеточная гибель вредна?

Нет. Некоторые виды клеточной гибели, особенно регулируемые формы, такие как апоптоз, являются физиологическими и необходимы для развития и тканевого гомеостаза, тогда как нерегулируемая гибель, такая как некроз, обычно является маркером патологического повреждения.