Биологическая роль и основные свойства межклеточных контактов (Маленков А. Г., Черненко Ю. П., Ушаков В. Ф.)

О возможностях и путях выявления биологической роли межклеточных контактов (Маленков А. Г.)

МК как системообразующие элементы тканевых систем необходимы для реализации тканевого, органного и организменного уровней. Это определяет трудности установления их роли для тех или иных процессов in vivo. Возможности решения этих вопросов с помощью изучения модельных систем in vitro ограниченны.

При выяснении роли МК, их изменений для реализации того или иного свойства ведущую роль играют исследования реальных процессов, протекающих in vivo. По существу, всегда речь идет о роли изменений свойств, поведения МК, а не о самих этих свойствах или поведении. Поэтому центральный вопрос проблемы биологической роли МК - выбор системы дифференциальных контролей, полнота описания процессов, что необходимо для установления степени тождества и различия.

Изменения МК представляют собой звенья в цепи событий, происходящих на разных уровнях организации. Цепи имеют участки циклической конфигурации. Поэтому сущность причинно-следственных отношений между различными звеньями таких цепей не может быть выражена в простых терминах: "a" является причиной "b", а "b" - следствием "a". Такое представление существенно упрощает реальную связь, носящую элементы условности ("a" есть следствие "b", если σc = σ₀), наличия обратного влияния "a" на "b", причем часто эти обратные связи характеризуются временными задержками. Например, может быть, что в течение времени Δt "a" является следствием "b", а в процессах, длительность которых Δt₂ ≥ Δt, "b" является следствием "a".

Кратко рассмотрим состояние современных знаний о биологическом значении МК. Знания о роли МК в биологических процессах можно представить набором гипотез. Эти гипотезы обоснованы, но окончательно не доказаны. Приведем примеры таких гипотез.

1. Гипотеза "twist". Причиной нарушения двигательного поведения является незавершенность гистогенеза гиппокампа, обусловленная тем, что у популяции клеток, формирующих эту часть мозга, не возникает способности к специфическому адгезивному распознаванию друг друга. Гипотеза подтверждается тем, что у мутантов типа "twist" в период образования гиппокампа клетки не способны к формированию зрелой гистоструктуры и пространственному разделению при агрегации.

2. О роли МК в регуляции деления. Обратимое расхождение мембран МК в области простого соединения стимулирует вхождение клеток в митотический цикл. Гипотеза основывается на общебиологическом представлении о том, что временное нарушение ионного гомеостаза ткани инициирует синтетические процессы и деление (А. Г. Маленков, 1976) и при стимуляции регенерации эпителиев увеличивается ионная проницаемость тканей и расходятся мембраны в области простого соединения. Гипотеза подтверждается тем, что эндогенное вещество, выделенное из данного органа,- контактин - тканеспецифически ингибирует вступление клеток печени в митотический цикл и усиливает сцепление мембран в области простого соединения, индуцируя образование высокоадгезивных участков - ВАУ (A. G. Malenkov и др., 1979).

3. О связи механических свойств ткани и предрасположенности к раку. Предрасположенность ткани к опухолевой трансформации находится в прямой корреляции с величиной механической прочности сцепления клеток этой ткани. Это свойство определяется генетически и проявляется в раннем постнатальном периоде задолго до возникновения опухоли. Гипотеза опирается на данные экспериментов: у мышей разных линий существует прямая корреляция между вероятностью возникновения аденом легких и силой сцепления клеток альвеол на 2-3-м месяце жизни (Е. А. Модянова, 1973).

4. О роли специфической адгезии в гистогенезе. Специфическая адгезия клеток определяет пространственную организацию ткани. Гипотеза подтверждается тем, что клетки эмбриональных тканей способны после диспергирования к гистотипической агрегации in vitro, эта способность зависит от наличия на поверхности клеток особых макромолекул, называемых факторами агрегации (T. Humpreys, 1963; A. A. Moscona, 1968; W. E. Müller и др., 1973; A. Giraud, 1974; W. E. Müller и др., 1976).

5. Об изменениях МК как причине некоторых форм бесплодия. Одной из причин бесплодия является нарушение контактных взаимодействий в системе яйцеклетка - сперматозооны.

6. О роли контактных взаимодействий в протекании вирусных инфекций. В случае, когда тканевые системы являются мозаикой из нормальных клеток и клеток, пораженных вирусом, нарушение метаболической кооперации приводит к декомпенсации и проявлению болезни.

7. Об адгезивных факторах (АФ): а) АФ эмбриональных тканей могут определять процессы эмбриональной индукции; б) АФ дефинитивных тканей обусловливают их устойчивость к морфогенетическим влияниям.

8. Роль МК в генезе стрессорных язв. МК эпителиальных пластов определяют их защитные свойства: разобщение клеток при стрессе приводит к увеличению проницаемости слизистой оболочки для повреждающих агентов (пепсин, Н⁺ ) и, как следствие, создает условия для образования стрессорного повреждения слизистой оболочки - язвы (Н. А. Чуич, 1975).

9. МК сердечной мышцы и аритмии. Нарушение ионной и механической связи клеток может обусловливать возникновение сердечных аритмий.

Следовательно, существуют разные предположения о связи определенных свойств и изменений МК с различными биологическими процессами. Каким образом можно доказать гипотезу о причинных связях и их характере? Гипотеза должна, очевидно, предсказывать (этому условию частично удовлетворяют гипотезы 2, 7, 8-я и т. д.) и открывать возможность управления поведением объекта. Идеальный вариант управления, соответствующий высокому уровню понимания процесса, роли отдельных его этапов, элементов системы в реализации целостного поведения, может быть достигнут путем создания количественной математической модели системы. Все используемые в модели параметры и переменные должные быть определяемы экспериментально или рассчитываемы на основании опытных данных. Таких моделей в области контактологии пока не создано. Однако характер реальных связей между изменениями МК и поведением систем ярусов организации может быть адекватно отражен только средствами математических моделей.

Остановимся еще на нескольких положениях биологической роли МК.

1. В настоящее время выявлены морфологические элементарные подструктуры и в значительной степени установлены соответствия между элементами структуры и отдельными свойствами МК. Таким образом, осуществлена основная работа аналитического этапа исследования. За аналитическим этапом логически следует синтетический, целью которого является понимание изучаемого объекта как целого и части системы более высокого уровня иерархии. Если аналитический этап преследовал главным образом задачи описания и нахождения корреляций между отдельными параметрами, то синтетический имеет целью понимание на уровне прогнозирования и управления.

Аналитический этап пройден; для углубления знаний требуется развитие новых методологических и методических подходов. Использовавшиеся ранее подходы допускают лишь расширение наших знаний о МК и их роли по вариациям объектов, процессов и т. д. без получения нового качества знаний. Развитие аналитического этапа "вглубь" возможно только на пути достижения молекулярного уровня.

2. Результаты исследований структуры, свойств и изменений МК в ходе различных биологических процессов позволяют сформулировать понятие о МК следующим образом. МК представляют собой единую структуру, выполняющую функцию интеграции клеток в систему высшего уровня иерархии (тканевую, органную). Так как это единая структура, выполняющая единую системообразующую функцию, изменения всех ее подструктур и отдельных параметров в реальных биологических процессах не являются независимыми, они взаимосогласованы. Следовательно, речь должна идти о минимально необходимом наборе естественных параметров МК, которые позволяют характеризовать их состояние и пути изменения.

3. Можно считать, что МК выполняют системообразующую функцию: придают совокупности контактирующих клеток новое качество - превращают их в тканевую систему (В. И. Архипенко и др., 1975). Структурно-функциональная организация МК в тканевых системах построена на основе решений ряда "противоречий" в функциональной организации ткани. Эти решения позволяют одновременно сочетать в тканевой системе противоположные свойства. Например, создание единого барьера, обеспечивающего разделение сред организма и автономизацию клеток, вступающих в митоз; объединение ионного гомеостаза клеток и изоляция некоторых метаболических систем тех Же клеток, имеющих разную биохимическую специализацию. Очевидно, что все основные характеристики МК существуют лишь благодаря механической интеграции клеток. При описании отдельных свойств МК рассматривают потоки ионов и молекул через МК: параметры движений их из клетки в клетку характеризуют ионную и молекулярную связь (и распределение) клеток, а поток веществ через МК, связывающий среды организма,- ионную и молекулярную связь и разделение различных сред организма.

Сочетанием этих характеристик может быть описана системообразующая роль МК в различных физиологических и морфологических процессах тканевого и более высоких уровней. Так, можно говорить о функциях МК: морфогенетической, информационной, осуществляющей метаболическую кооперацию и т. д. Функции МК, участвующие в обеспечении длительных процессов (например, морфогенетическая), описываются не значениями основных функций в момент, а траекториями в реальном времени.

4. Состояние МК (или любой иной сложной системы) есть основополагающее понятие, не подлежащее определению через другие элементарные понятия. К числу подобных понятий принадлежат, например, такие, как "энергия", "информация". Для пользования такими понятиями необходимо ввести меру и способ ее определения.

В применении к понятиям "состояние МК", "состояние ткани" важно выбрать предварительные наборы характеристик, полно описывающие их, указывающие методы и параметры, посредством которых эти характеристики измеряются. Дальше в монографии положение о системообразующей роли МК будет проиллюстрировано конкретными примерами из различных областей биологии и медицины.