Regulación del nicho eritropoyético embrionario

   En los mamíferos adultos, la eritropoyesis normalmente está restringida a la médula ósea. Durante el desarrollo embrionario, la eritropoyesis no está limitada  a un sitio único sino que puede ser localizada en varios sitios, los cuales varían con la edad de desarrollo del embrión o feto. Esta migración de las “stem cells” hematopoyéticas  (HSC)  a través del saco vitelino, la placenta y el embrión/feto depende del estado de desarrollo embrionario y requiere la formación  de microambientes de soporte, llamados nichos eritropoyéticos.  

   Ontogénicamente, la actividad hematopoyética puede ser identificada en  saco vitelino, aorta dorsal a nivel del mesonefro gonadal (AGM), placenta, arteria vitelina, arteria onfalomesentérica, hígado, bazo, músculo esquelético que rodea a los huesos largos y médula ósea. La eritropoyesis puede ser dividida en primitiva y definitiva. En la eritropoyesis primitiva, las primeras células se originan a partir de diferentes poblaciones del mesodermo que se origina en la línea media posterior del epiblasto. Las células eritropoyéticas definitivas derivan de la placa lateral del mesodermo. En el embrión de ratón, tanto la eritropoyesis primitiva como la eritropoyesis definitiva se inician en el saco vitelino. Sin embargo, la eritropoyesis definitiva se desvía más tarde hacia el hígado fetal. La hematopopoyesis embrionaria  puede ser dividida en tres ondas o estadios, una primitiva y (al menos) dos definitivas. La hematopoyesis primitiva es una onda transitoria de producción sanguínea que no da origen a células encontradas en el adulto y es distinta a la hematopoyesis  definitiva que ocurre en el hígado fetal. La hematopoyesis primitiva se caracteriza por la producción de glóbulos rojos que expresan hemoglobina fetal así como la producción de megacariocitos y macrófagos primitivos. Por el contrario, durante la hematopoyesis definitiva, los glóbulos rojos expresan hemoglobina adulta y son generados con progenitores linfoides y stem cell hematopoyéticas con propiedades multilinaje.

   El saco vitelino es un tejido similar a membrana que rodea al feto de ratón y es el primer sitio hematopoyético. En el embrión humano, el saco vitelino es una membrana de corta vida que gradualmente es reabsorbida durante el desarrollo. El saco vitelino de ratón contiene estructuras conocidas como “islas de sangre” compuestas por grupos de células endoteliales vasculares y células hematopoyéticas en desarrollo que se forman en la luz de las estructuras vasculares. Estas células hematopoyéticas incluyen células eritroides primitivas, macrófagos y megacariocitos. Es conocido que estas células sanguíneas derivan del mesodermo y su diferenciación es promovida por IHH (Indian Hedgehog) y VEGF (Vascular Endothelian Growth Factor) secretados por el endodermo visceral adyacente al mesodermo, el cual sirve como nicho.

   Las células eritroides primitivas  y los proeritroblastos definitivos entran en la circulación sanguínea y casi todos los eritrocitos prematuros terminan su maduración. Los eritroblastos primitivos maduros pueden ser observados en la circulación sanguínea hasta tres semanas después del nacimiento. En el saco vitelino, además de actividad hematopoyética primitiva, se observa actividad hematopoyética definitiva con células rojas tipo adulto, células progenitoras mieloides, células formadoras de colonias altamente proliferativas, células precursoras de linfocitos B y HSC.  Las células endoteliales vasculares del saco vitelino secretan factores de crecimiento  como TGFβ1 y angiopoyetina-1. El endodermo visceral también produce factores de crecimiento que apoyan la hematopoyesis. El análisis transcriptoma del saco vitelino maduro revela cambios en la expresión de genes que solamente se han observado en el epitelio gástrico. Esto incluye a la gastroquina-2, un pequeño péptido normalmente producido por las células epiteliales gástricas, la cual es  fuertemente expresada por las células del endodermo visceral cuando la actividad hematopoyética en el saco vitelino está finalizando.

   La  AGM deriva de la región para-aortica-esplacnopleural (p-Sp) y contiene una variedad de  células sanguíneas incluyendo HSC, células progenitoras linfoides, células progenitoras mieloides y células progenitoras eritroides adultas producidas como parte de la hematopoyesis definitiva. La región AGM contiene  tres arterias: aorta, onfalomesentérica y vitelina. Estas arterias contienen grupos intra-aorticos de células  (IAC) adheridos al endotelio vascular que consisten  de HSC y células progenitoras que expresan c-kit, CD31 y CD34. La región AGM actúa como nicho hematopoyético y está compuesta por numerosos tipos de células que secretan factores hematopoyéticos, los cuales controlan el desarrollo y la diferenciación  de células sanguíneas. Entre estas células, las células endoteliales vasculares expresan el gen jag1 y secretan factor stem cell (SCF). Las células mesenquimales expresan los genes tromobopoyetina (Tpo) y Hedgehog (Dhh, Ihh, Shh) y secretan  proteínas BMP4 e IL3. Las células mesonéfricas, las cuales formarán el riñón, secretan proteína CSF1 y los IAC expresan genes para factores hematopoyéticos  (Notch1, Ptcc1, Bmpr2, AIK3, AIK6) y proteínas KIT, MPL, IL-3Ra, CSF1R. Los IAC derivan de células endoteliales vasculares, incorporan Ac-LDL y migran al hígado.

   La placenta es formada a partir de la fusión del alantoides en el lado fetal y el corion que existe en el lugar donde más tarde se formará la placenta y el cordón umbilical. La placenta funciona como intercambiador de O₂ y CO₂ entre la madre y el feto, pero también funciona como órgano hematopoyético. En el ratón, el alantoides es un sitio de eritropoyesis definitiva. La placenta juega un rol en la producción de HSC para suplir al hígado fetal y a la región AGM. Similar a la región AGM, la placenta también contiene IAC. La expresión del gen Scf ha sido detectada en las células que rodean a los IAC, mientras las células endoteliales vasculares  expresan altos niveles  de SCF. El factor de crecimiento derivado de plaquetas  (PDGF)-β secretado por células endoteliales vasculares  regula la expresión del gen eritropoyetina (Epo), el cual regula indirectamente la eritropoyesis. Sin embargo, dado que el trofoblasto no expresa EPO durante la hematopoyesis normal, esta regulación puede ocurrir bajo condiciones que alteran la señal PDGF-β/PDGFR.

   El hígado fetal actúa como sitio de expansión de HSC y de diferenciación  de progenitores mieloides, linfoides, eritroides y megacariocitos. Las HSC generadas en el saco vitelino, la región AGM y la placenta migran  al hígado.  La actividad hematopoyética en el hígado comienza tempranamente después del  inicio del desarrollo hepático. Las HSC de otros órganos incrementan el número de HSC en el hígado fetal a través de la autorenovación y la diferenciación en progenitores. Los progenitores luego se diferencian  en varios tipos  de células rojas maduras, incluyendo eritrocitos tipo adulto. El hígado fetal también contiene células no hematopoyéticas, incluyendo hepatoblastos (progenitores de hepatocitos), angioblastos sinusiodales y células endoteliales. Aunque el tamaño y el peso del hígado incrementan a lo largo del desarrollo, la proporción de células hematopoyéticas alcanza un pico (74%) y, cuando esto ocurre, el hígado se desvía hacia una función hepática y disminuye la actividad hematopoyética. Los focos hematopoyéticos contienen hepatoblastos y una isla hematopoyética (EBI) en el centro. Las EBI son nichos hematopoyéticos con grupos multicelulares  de progenitores eritroides alrededor de un macrófago central. El macrófago aporta el hierro requerido para la síntesis de la hemoglobina de los eritroblastos. Los hepatoblastos se diferencian  en células hepáticas y células epiteliales biliares. La integrina β1, también conocida como CD29, es altamente expresada en la superficie de las células hematopoyéticas del hígado fetal. Funcionalmente, la integrina β1 es esencial para la hematopoyesis en el hígado fetal.

   El bazo es uno  órgano hematopoyético que sirve de puente entre el hígado fetal y la medula ósea. El bazo sirve como sitio  para la eritropoyesis tipo adulto. Sin embargo, poco se conoce  sobre la función del bazo fetal como nicho eritropoyético. Las células mesenquimales  expresan CD51 y promueven la eritropoyesis  a través de la secreción de factores eritropoyéticos como SCF y factor de crecimiento similar a insulina 1 (IGF1), los cuales son altamente expresados. La expresión  de EPO también es detectada en el bazo, lo cual indica que  en el embrión de ratón,  la eritropoyesis definitiva  pasa del hígado al bazo.

   Las HSC proliferan en el hígado fetal y el bazo y luego se alojan en la médula ósea antes del nacimiento para iniciar la hematopoyesis tipo adulto en este sitio. Las HSC que derivan del hígado fetal  se acumulan  en el músculo esquelético cerca de los huesos largos, y un subgrupo de ellas migra a la médula ósea. Sin embargo, el significado fisiológico del rol del músculo esquelético  como nicho hematopoyético no está muy claro.

   En conclusión, la eritropoyesis ocurre en dos ondas durante el desarrollo intrauterino, primero la eritropoyesis primitiva seguida por la eritropoyesis definitiva. En el ratón, ambos procesos se originan en el saco vitelino. La onda definitiva migra al hígado, el bazo y la médula ósea en la medida que se forman estos órganos. El hígado fetal sirve como el principal órgano para la expansión de células hematopoyética y la maduración eritroide después de la mitad de la gestación. El nicho eritropoyético, el cual expresa citoquinas críticas como factor de stem cells (SCF), trombopoyetina (TPO) y los factores de crecimiento similares a insulina IGF1 e IGF2, apoya la expansión hematopoyética en el hígado fetal. Los hepatoblastos  apoyan la hematopoyesis en el hígado fetal a través de la liberación de eritropoyetina (EPO)  y SCF.

Fuente: Yumine A et al (2017). Regulation of the embryonic erythropoietic niche: a future perspective. Blood Research 52: 10-17.