References

bloodjour

Гематология и трансфузиология

Russian journal of hematology and transfusiology

0234-57302411-3042

ООО Издательский дом «Практика»

10.25837/HAT.2019.51.80.003

bloodjour-112

Research Article

ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ

REVIEWS OF LITERATURE

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИИ ЭРИТРОЦИТОВ. ГЕМОЛИЗ И ЭРИПТОЗ

FEATURES OF THE PHYSIOLOGY OF ERYTHROCYTES. HEMOLYSIS AND ERYPTOSIS

https://orcid.org/0000-0003-3468-6154

Чумакова

С. П.

Chumakova

S. P.

Чумакова Светлана Петровна, д. м. н., доцент кафедры патофизиологии

Chumakovа Svetlana P., MD, аssociate рrofessor of the department of pathophysiology

chumakova_s@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-9457-8879

Уразова

О. И.

Urazova

O. I.

Уразова Ольга Ивановна, д. м. н., профессор, член-кор. РАН, профессор кафедры патофизиологии

urazova72@yandex.ru

https://orcid.org/0000-0002-9034-7264

Зима

А. П.

Zima

A. P.

Зима Анастасия Павловна, д. м. н., профессор кафедры патофизиологии, ведущий научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории

zima2302@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-9577-8370

Новицкий

В. В.

Novitskiy

V. V.

Новицкий Вячеслав Викторович, д. м. н., профессор, академик РАН, Заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой патофизиологии

kaf.pat.fiziolog@ssmu.ru

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияSiberian State Medical UniversityRussian Federation

2018

25062019

634343351

2019

Чумакова С.П., Уразова О.И., Зима А.П., Новицкий В.В.

Chumakova S.P., Urazova O.I., Zima A.P., Novitskiy V.V.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.htjournal.ru/jour/article/view/112

Цель настоящего обзора литературы — осветить изменения внутриклеточной организации эритроидных клеток в ходе их созревания (формирование цитоскелета, поверхностных детерминант, энуклеация, миграция ретикулоцитов в кровоток) и охарактеризовать основные транскрипционные факторы, участвующие в реализации эритропоэтинового сигнала. Описаны особенности движения эритроцитов в потоке крови, их деформируемость, изменения формы и ионной проницаемости мембраны в зависимости от сектора кровеносного русла. Рассмотрены эритроцитарные факторы, способные модулировать тонус сосудов, гемостаз и активность воспаления, а также рецепторы и поверхностные детерминанты эритроцитов. Проанализированы механизмы и последствия внутрисосудистого и внутриклеточного гемолиза, молекулярные механизмы, индукторы и ингибиторы эриптоза, связанные с усилением эриптоза заболевания и принцип функционирования «селезеночного фильтра». Проанализирован 61 литературный источник, выявленный путем систематического поиска литературы в базе данных PubMed (Medline, PreMedline), научной электронной библиотеке (eLIBRAR.ru) и среди печатных изданий, вышедших с 1997 г. по май 2017 г.

This article reviews the data on the changes of erythroid cells intracellular organization during maturation (including cytoskeleton and surface determinants formation, enucleation, and reticulocytes migration into the bloodstream), and primary transcription factors involved in the realization of erythropoietin signaling. The features of erythrocytes movement in the bloodstream; their deformability, form and membrane ion permeability variations depending on the bloodstream sector are described. The erythrocytic factors capable of modulating the vascular tonus, hemostasis, and inflammation degree, as well as the erythrocytes receptors and surface determinants are discussed. The mechanisms and consequences of intravascular and intracellular hemolysis; eryptosis molecular mechanisms, inductors and inhibitors; the pathologies associated with enhanced eryptosis and principle of «splenic filter» functioning are analyzed. 61 sources were analyzed, which were identified through systematic literature search in PubMed (Medline, PreMedline), scientific electronic library (eLIBRAR.ru) and among printed publications appeared from 1997 to May 2017.

эритроцитыэритропоэзэритропоэтинэриптозгемолизмембранаповерхностные молекулыдеформируемостьионный транспорт

erythrocyteserythropoiesiserythropoietineryptosishemolysismembranesurface moleculesdeformabilityion transport

References1

Патофизиология крови. Под ред. Я. Новикова. БИНОМ. Москва; 2014.

Новицкий ВВ, Рязанцева НВ, Степовая ЕА. Физиология и патофизиология эритроцита. Издательство Томского университета. Томск; 2004.

Руководство по гематологии. Под ред. АИ Воробьева. Том 3. Ньюдиамед. Москва; 2005.

Юшков БГ, Климин ВГ, Кузьмин АИ. Сосуды костного мозга и регуляция кроветворения. УрО РАН. Екатеринбург; 2004.

Сторожок СА, Санников АГ, Захаров ЮМ. Молекулярная структура мембран эритроцитов и их механические свойства. Издательство Тюменского университета. Тюмень; 1997.

Ройтман ЕВ. Биореология. Клиническая гемореология. Основные понятия, показатели, оборудование (лекция). Клиническая лабораторная диагностика. 2001;5:25—32.

Хадарцев АА, Кидалов ВН, Якушина ГН, Сясин НИ, Красильникова НА. Ранняя реакция эритроцита на экстремальные воздействия — образование условно-полиморфных стом и изменение их флуоресценции. Вестник новых медицинских технологий. 2002;9:19—21.

Погорелов ВМ, Краснова ЛС, Чаниева МИ, Красникова АВ, Козинец ГИ. Геометрия прегемолитических пойкилоцитов в стандартных центрифугатах крови на предметных стеклах. Гематология и трансфузиология. 2008;53:22—6.

Медведев МА, Коваль ГС, Рязанцева НВ, Чурбанова МА, Юрьева ВД. Физиологическое распределение эритроцитов на уровне дуги аорты по данным цитометрического и спектрофлуориметрического исследований. Вестник Томского государственного университета. 2007;300:170—1.

Глушкова ЕГ, Глушков ВС, Калинин ЕП, Галян СП. Изменение проницаемости мембран эритроцитов для АТФ при их сдвиговой деформации в условиях активации свободно-радикального окисления. Медицинская наука и образование Урала. 2016;17:40—3.

Морозова ВТ, Луговская СА, Почтарь МЕ. Эритроциты: структура, функции, клинико-диагностическое значение (лекция). Клиническая лабораторная диагностика. 2007;10:21—35.

Петрова ИВ, Трубачева ОА, Гусакова СВ Роль оксида азота в регуляции Са2+-зависимой К+-проницаемости мембраны эритроцитов человека. Вестник Томского государственного университета. 2011;346:165—8.

Муравьев АВ, Маймистова АА, Тихомирова ИА, Булаева СВ, Михайлов ПВ, Муравьев АА. Роль протеинкиназ мембраны эритроцитов в изменениях их деформируемости и агрегации. Физиология человека. 2012;382:94.

Васильева ЕМ. Биохимические особенности эритроцита. Влияние патологии (обзор литературы). Биомедицинская химия. 2005;51:118—26.

Кузник БИ. Клеточные и молекулярные механизмы регуляции системы гемостаза в норме и патологии. Экспресс-издательство. Чита; 2010.

Козлова ВА, Сенникова СВ, ред. Система цитокинов: Теоретические и клинические аспекты. Наука. Новосибирск; 2004.

Белевич ЕИ, Костин ДГ, Слобожанина ЕИ. Эриптоз — запрограммированная гибель эритроцитов. Успехи современной биологии. 2014;134:149—57.

Оловникова НИ, Николаева ТЛ. Антигены эритроцитов человека. Гематология и трансфузиология. 2001;46:37—45.

Селезнев АВ. Взаимосвязь антигенов, биомеханических и реологических свойств эритроцитов. В кн.: Проблемы патологии системы гемостаза. Барнаул; 2007: стр. 196—8.

Чумакова СП, Уразова ОИ, Новицкий ВВ, Шипулин ВМ, Хохлов ОА, Мальцева ИВ и др. Связь АВ0- и Резус-фенотипов эритроцитов c выраженностью интраоперационного гемолиза у кардиохирургических больных. Клиническая лабораторная диагностика. 2013;1:40—2.

Уразова ОИ, Новицкий ВВ. Лабораторная диагностика гематологических синдромов и болезней. Печатная мануфактура. Томск; 2008.

Атауллаханов ФИ, Корунова НО, Спиридонова ИС, Пивоваров ИО, Калягина НВ, Мартынов МВ. Как регулируется объем эритроцита, или Что могут и чего не могут математические модели в биологии. Биологические мембраны. 2009;26:163—79.

Глушков ВС, Сторожок СА. Запрограммированная гибель эритроцитов (эриптоз). Вестник Уральской медицинской академии наук. 2009;2:99.

Остальные источники см. в References.

References

Novikov Ya, ed. Pathophysiology of blood. BINOM. Moscow; 2014 (in Russian).

Novitskiy VV, Ryazantseva NV, Stepovaya EA. Physiology and pathophysiology of erythrocyte. Tomsk State University. Tomsk; 2004 (in Russian).

Bhattacharya A. Red blood cell mechanics. J Indian Med Assoc. 2011;109:668—82.

Ghashghaeinia M, Toulany M, Saki M, Rodemann HP, Mrowietz U, Lang F et al. Potential roles of the NFκB and glutathione pathways in mature human erythrocytes. Cell Mol Biol Lett. 2012;17:11—20.

Keerthivasan G, Wickrema A, Crispino JD. Erythroblast enucleation. Stem Cells Int. 2011. Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/22007239

Vorobiev AI, ed. Manual of Hematology. Vol. 3. Newdiamed. Moscow; 2005 (in Russian).

Ney PA. Normal and disordered reticulocyte maturation. Curr Opin Hematol. 2011;18:152—7.

Yushkov BG, Klimin VG, Kuzmin AI. Vessels of the bone marrow and regulation of hematopoiesis. Ural branch of the Russian Academy of Sciences. Ekaterinburg; 2004 (in Russian).

Liu JJ, Guo XA, Mohandas NM, Chasis JA, An X. Membrane remodeling during reticulocyte maturation. Blood. 2010;115:2021—7.

Storozhok SA, Sannikov AG, Zakharov YuM. Molecular structure of erythrocyte membranes and their mechanical properties. Tyumen State University. Tyumen; 1997 (in Russian).

Chen K, Liu J, Heck S, Chasis JA, An X, Mohandas N. Resolving the distinct stages in erythroid differentiation based on dynamic changes in membrane proteinexpression during erythropoiesis. Proc Natl Acad Sci USA. 2009;106:17413—8.

Jimeno P, Luque J, Garcia-Perez AI, Pinilla M. A comparative study by a single chromatographic procedure of glycolytic regulatory kinase isozymes in rat erythroid cells as a function of differentiation-maturation process. Biochem Mol Biol Int. 1998;45:1211—25.

Griffiths NJ, Hill DJ, Borodina E, Sessions RB, Devos NI, Feron CM et al. Meningococcal surface fibril (Msf) binds to activated vitronectin and inhibits the terminal complement pathway to increase serum resistance. Mol Microbiol. 2011;82:1129—49.

Chateauvieux S, Grigorakaki C, Morceau F, Dicato M, Diederich M. Erythropoietin, erythropoiesis and beyond. Biochem Pharmacol. 2011;82:1291—303.

Sarrazin S, Sieweke M. Integration of cytokine and transcription factor signals in hematopoietic stem cell commitment. Semin Immunol. 2011;23:326—34.

Lin KR, Li CL, Yen JJ, Yang-Yen HF. Constitutive phosphorylation of GATA-1 at serine26 attenuates the colony-forming activity of erythrocytecommitted progenitors. PLoS One. 2013;8. Available at: http://www.ncbi. nlm.nih.gov/pubmed/23717580

Roytman EV. Biorheology. Clinical haemorheology. Basic concepts, indicators, equipment (lecture). Clinical laboratory diagnostics (Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika). 2001;5:25—32 (in Russian).

Khadartsev AA, Kidalov VN, Yakushina GN, Syasin NI, Krasilnikova NA. The early reaction of erythrocyte to extreme effects is the formation of conditioned polymorphic stomas and changes in their fluorescence. Bulletin of New Medical Technologies (Vestnik Novykh Meditsinskikh Tekhnologiy). 2002;9:19—21 (in Russian).

Pogorelov VM, Krasnova LS, Chanieva MI, Krasnikova AV, Kozinets GI. Geometry of prehemolitic poikilocytes in standard blood centrifuges on slides. Russian Journal of Hematology and Transfusiology (Gematologiya i Transfuziologiya). 2008;53:22—6 (in Russian).

Medvedev MA, Koval GS, Ryazantseva NV, Churbanova MA, Yureva VD. Physiological distribution of erythrocytes at the level of the aortic arch from cytometric and spectrofluorimetric studies. Bulletin of Tomsk State University (Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta). 2007;300:170—1 (in Russian).

Glushkova EG, Glushkov VS, Kalinin EP, Galyan SP. Change in permeability of erythrocyte membranes for ATP under their shear deformation under conditions of activation of free radical oxidation. Medical Science and Education of Ural (Meditsinskaya Nauka i Obrazovanie Urala). 2016;17:40—3 (in Russian).

Morozova VT, Lugovskaya SA, Pochtar ME. Erythrocytes: structure, function, clinical and diagnostic value (lecture). Clinical Laboratory Diagnostics (Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika). 2007;10:21—35 (in Russian).

Foller M, Huber SM, Lang F. Erythrocyte programmed cell death. IUBMB Life. 2008;60:661—8.

Petrova IV, Trubacheva OA, Gusakova SV. Nitric oxide function in regulation of Ca2+-dependent K+-permeability of human erythrocyte. Bulletin of Tomsk State University (Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta). 2011;346:165—8 (in Russian).

Kaestner L, Bernhardt I. Ion channels in the human red blood cell membrane: their further investigation and physiological relevance. Bioelectrochemistry. 2002;55:71—4.

Lang E, Qadri SM, Lang F. Killing me softly — suicidal erythrocyte death. Int J Biochem Cell Biol. 2012;44:1236—43.

Lang KS, Lang PA, Bauer C, Duranton C, Wieder T, Huber SM et al. Mechanisms of suicidal erythrocyte death. Cell Physiol Biochem. 2005;15:195—202.

George A, Pushkaran S, Li L, An X, Zheng Y, Mohandas N et al. Altered phosphorylation of cytoskeleton proteins in sickle red blood cells: the role of protein kinase C, Rac GTPases, and reactive oxygen species. Blood Cells Mol Dis. 2010;45:41—5.

Muraviev AV, Maymistova AA, Tikhomirova IA, Bulaeva SV, Mikhaylov PV, Muraviev AA. The role of protein kinases of the erythrocyte membrane in changes in their deformability and aggregation. Human Physiology (Fiziologiya Cheloveka). 2012;38:94 (in Russian).

Vasilieva EM. Biochemical features of erythrocyte. The influence of pathology (review of literature). Biomedical Chemistry (Biomeditsinskaya Khimiya). 2005;51:118—26 (in Russian).

Kuznik BI. Cellular and molecular mechanisms of hemostasis regulation in norm and pathology. Express Publishing. Chita; 2010 (in Russian).

Chu H, Puchulu-Campanella E, Galan JA, Tao WA, Low PS, Hoffman JF. Identification of cytoskeletal elements enclosing the ATP pools that fuel human red blood cell membrane cation pumps. Proc Natl Acad Sci USA. 2012;109:12794—9.

Castagnola M, Messana I, Sanna MT, Giardina B. Oxygen-linked modulation of erythrocyte metabolism: state of the art. Blood Transfus. 2010;8:53—8.

Tziakas DN, Chalikias GK, Tentes IK, Stakos D, Chatzikyriakou SV, Mitrousi K et al. Interleukin-8 is increased in the membrane of circulating erythrocytes in patients with acute coronary syndrome. Eur Heart J. 2008;29:2713—22.

Kozlova VA, Sennikova SV, ed. System of cytokines: Theoretical and clinical aspects. Nauka. Novosibirsk; 2004 (in Russian).

Mandal D, Mazumder A, Das P, Kundu M, Basu J. Fas-, caspase 8-, and caspase 3-dependent signaling regulates the activity of the aminophospholipid translocase and phosphatidylserine externalization in human erythrocytes. J Biol Chem. 2005;280:39460—7.

Belevich EI, Kostin DG, Slobozhanina EI. Erythosis is the programmed death of red blood cells. Successes of modern biology (Uspekhi Sovremennoy Biologii). 2014;134:149—57 (in Russian).

Hermand P, Huet M, Callebaut I, Gane P, Ihanus E, Gahmberg CG et al. Binding sites of leukocyte beta 2 integrins (LFA-1, Mac-1) on the human ICAM-4/LW blood group protein. J Biol Chem. 2000;275:26002—10.

Olovnikova NI, Nikolaeva TL. Antigens of human erythrocytes. Hematology and Transfusiology (Gematologiya i Transfuziologiya). 2001;46:37—45 (in Russian).

Seleznev AV. Interrelation of antigens, biomechanical and rheological properties of erythrocytes. In: Problems of the pathology of the hemostasis system. Barnaul; 2007: pp. 196—8 (in Russian).

Chumakova SP, Urazova OI, Novitskiy VV, Shipulin VM, Khokhlov OA, Maltseva IV et al. Relation of AB0 and Rhesus phenotypes of erythrocytes with the severity of intraoperative hemolysis in cardiosurgical patients. Clinical Laboratory Diagnostics (Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika). 2013;1:40—2 (in Russian).

Jiang H, Anderson GD, McGiff JC. Red blood cells (RBCs), epoxyeicosatrienoic acids (EETs) and adenosine triphosphate (ATP). Pharmacol Rep. 2010;62:468—74.

Cortese-Krott М, Kelm M. Endothelial nitric oxide synthase in red blood cells: key to a new erythrocrine function? Redox Biol. 2014;2:251—8.

Ellsworth ML, Ellis CG, Sprague RS. Role of erythrocyte-released ATP in the regulation of microvascular oxygen supply in skeletal muscle. Acta Physiol (Oxf). 2016;216:265—76.

Mendonca R, Silveira AA, Conran N. Red cell DAMPs and inflammation. Inflamm Res. 2016;65:665—78.

Urazova OI, Novitskiy VV. Laboratory diagnostics of hematological syndromes and diseases. Printing manufactory. Tomsk; 2008 (in Russian).

Ataullakhanov FI, Korunova NO, Spiridonova IS, Pivovarov IO, Kalyagina NV, Martynov MV. How is the volume of the erythrocyte regulated, or what can and can not be done by mathematical models in biology. Biological Membranes (Biologicheskie Membrany). 2009;26:163—79 (in Russian).

Schaer CA, Vallelian F, Imhof A, Schoedon G, Schaer DJ. CD163- expressing monocytes constitute an endotoxin-sensitive Hb clearance compartment within the vascular system. J Leukoc Biol. 2007;82:106— 10.

Levy AP, Asleh R, Blum S, Levy NS, Miller-Lotan R, Kalet-Litman S et al. Haptoglobin: basic and clinical aspects. Antioxid Redox Signal. 2010;12:293—304.

Kato GJ. Haptoglobin halts hemoglobin’s havoc. J Clin Invest. 2009;119:2140—2.

Tolosano E, Fagoonee S, Morello N, Vinchi F, Fiorito V. Heme scavenging and the other facets of hemopexin. Antioxid Redox Signal. 2010;12:305—20.

Gottlieb Y, Topaz O, Cohen LA, Yakov LD, Haber T, Morgenstern A et al. Physiologically aged red blood cells undergo erythrophagocytosis in vivo but not in vitro. Haematologica. 2012;97:994—1002.

Glader D. Destruction of erythrocytes. Wintrobe’s Clinical Hematology. Lippincott Williams and Wilkins; 2004. Ch. 9: 249—65.

Hoehn RS, Jernigan PL, Chang AL, Edwards MJ, Pritts TA. Molecular mechanisms of erythrocyte aging. Biol Chem. 2015;396:621—31.

Lang F, Gulbins E, Lerche H, Huber SM, Kempe DS, Foller M. Eryptosis, a window to systemic disease. Cell Physiol Biochem. 2008;22:373—80.

Glushkov VS, Storozhok SA. Programmed death of erythrocytes (erythosis). Bulletin of the Ural Medical Academy of Science (Vestnik Uralskoy Meditsinskoy Akademii Nauk). 2009;2:99.

Lang E, Lang F. Triggers, inhibitors, mechanisms, and significance of eryptosis: the suicidal erythrocyte death. Biomed Res Int. 2015;2015: 513518.

Akman T, Akarsu M, Akpinar H, Resmi H, Taylan E. Erythrocyte deformability and oxidative stress in inflammatory bowel disease. Dig Dis Sci. 2012;57:458—64.

Fens MH, Storm G, Pelgrim RC, Ultee A, Byrne AT, Gaillard CA et al. Erythrophagocytosis by angiogenic endothelial cells is enhanced by loss of erythrocyte deformability. Exp Hematol. 2010;38:282—91.

Govekar RB, Kawle PD, Advani SH, Zingde SM. Reduced PKC α activity induces senescent phenotype in erythrocytes. Anemia. 2012;2012:168050.

Gusev GP, Govekar R, Gadewal N, Agalakova NI. Understanding quasi-apoptosis of the most numerous enucleated components of blood needs detailed molecular autopsy. Ageing Res Rev. 2017;35:46—62.

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