Детки в клетке: иммунологические аспекты регуляции системы «мать – плод»

Беременность — уникальное состояние, когда организм матери должен, с одной стороны, обеспечивать защиту от патогенов, а с другой — проявлять толерантность к антигенам плода. С иммунологической активацией против них связывают бесплодие неясной этиологии, невынашивание беременности, преждевременные роды и преэклампсию. Все больше внимания уделяется роли иммунологически опосредованных реакций плода в развитии патологии перинатального периода. Материнский организм содержит как наследуемые, так и ненаследуемые антигены, последние могут быть распознаны развивающейся иммунной системой плода как чужеродные.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Хотя эволюция морфологической организации фетоплацентарных взаимодействий у млекопитающих была направлена в сторону минимизации возможных иммунологических контактов, существует целый ряд механизмов, помогающих сохранить иммунологическую толерантность (ИТ) во время беременности.

Экспериментальные данные говорят о существовании субпопуляции Т-клеток, потенциально способных защищать плод. Т-регуляторные (Трег) клетки играют фундаментальную роль в контроле аутоиммунных реакций, поддержании периферической толерантности при трансплантационном иммунитете, толерантности матери к плоду, а также в предотвращении патологического иммунного ответа на кишечную микрофлору и микробную инфекцию.

Tрег-клетки представляют собой небольшую субпопуляцию T-лимфоцитов, обычно составляющую около 5–15% от периферического компартмента CD4+ T-клеток. Еще в 1972 году Гершон и Кондо высказали идею о том, что лимфоциты тимуса — Т-супрессоры — способны подавлять иммунный ответ. Но исследование опосредованной Т-клетками супрессии было отложено на 20 лет из-за трудностей идентификации Tрег-клеток (ранее именовавшихся супрессорными Т-клетками). Исследование осложнялось их фенотипической схожестью с другими Т-клетками, различными механизмами действия, пробелами в понимании дифференцировки и трудностями в культивировании очищенных субпопуляций для исследования in vitro.

В конце 1990-х изучение Tрег-клеток возобновилось. Сакагучи и его коллеги идентифицировали поверхностную экспрессию α-цепи рецептора интерлейкина-2 (CD 25) на CD4+ T-клетках в качестве маркера супрессорной активности. Хотя CD25 идентифицировали как маркер Tрег-клеток, его использование было ограничено из-за активизации CD25 в процессе активации всех CD4+ T-клеток. Спустя несколько лет обнаружили ключевой ген развития и функционирования регуляторных Т-клеток — транскрипционный фактор box-head boxP3 (Foxp3). Его важность в биологии Tрег-клеток установлена при изучении мутации потери функции в гене Foxp3 у мышей и людей, коррелирующей с IPEX-синдромом (иммунная дисрегуляция, энтеропатия и полиэндокринопатия, характеризующаяся диабетом, тиреоидитом, гемолитической анемией, синдромом гипер-IgE, дерматитом, спленомегалией, лимфаденопатией и цитокиновым штормом).

КЛЮЧ К ТОЛЕРАНТНОСТИ

Циркулирующие в крови беременной Трег-клетки нарастают до пиковых значений во втором триместре и затем снижаются в послеродовом периоде. Их перераспределение показано на мышиных моделях: увеличение числа Трег-клеток в периферической крови сопровождается их уменьшением в паховых лимфоузлах.

Ключевая роль Tрег-клеток в толерантности к антигенам плода также подтверждается исследованиями на мышах: дефицит или направленное ингибирование CD25+ Tрег-клеток ведет к прерыванию беременности. Также выявлено увеличение количества CD4+CD25+ тимоцитов при наступлении беременности у мышей, что говорит об увеличении генерации Tрег-клеток в тимусе во время беременности. Адоптивный перенос Трег-клеток от беременных мышей предотвращает отторжение плода у склонных к самопроизвольному аборту мышей.

Трег-клетки обеспечивают толерантность матери к полуаллогенному плоду в фазе имплантации и на ранней стадии беременности. В этом контексте данные, собранные в ретроспективном анализе, показали, что количество Tрег-клеток в периферической крови матери может быть предиктором риска невынашивания. У будущих мам с успешно развивающейся беременностью количество циркулирующих Tрег-клеток статистически значимо выше, чем у тех, чья беременность прервалась в первом триместре. Еще одно наблюдение демонстрирует роль Трег-клеток в обеспечении толерантности плода, что объясняется снижением экспрессии мРНК FoxP3 в ткани эндометрия у женщин с бесплодием неясной этиологии.

Эти данные позволяют предположить ключевую роль тимуса в генерации как естественных (тимусных), так и индуцированных беременностью Трег-клеток. Большинство таких клеток на ранних сроках гестации экспрессируют транскрипционный фактор Helios (обнаруживается только в тимусных Трег-клетках). Это дополнительно указывает на иммуносупрессивную роль естественных Трег-клеток в период до имплантации. У мышей частота экспрессирующих Helios Трег-клеток остается высокой до 5-го дня беременности и снижается после имплантации, когда они заменяются периферически конвертированными Tрег-клетками. На этом этапе обе популяции Tрег-клеток направлены на предотвращение выкидыша.

В эксперименте децидуальные моноцитарные клетки (dCD14+) способны индуцировать дифференцировку нативных Т-лимфоцитов в Трег. Взаимодействие между децидуальными NK-клетками и dCD14+ приводит к усилению продукции IFN-β, который индуцирует экспрессию IDO и способствует генерации периферических (но не тимусных) Трег-клеток.

Во время беременности увеличивается количество специфичных для плода материнских Трег-клеток. Они сохраняются и после родов, обеспечивая толерантность к фетальным антигенам. Это говорит о развитии иммунной памяти против унаследованных отцовских антигенов, обеспечивающей иммунологическую толерантность к этим же антигенам во время последующей беременности. Возможно, именно поэтому частота преэклампсии, невынашивания беременности и других осложнений, связанных с нарушением толерантности к фетальным антигенам, снижается при последующих беременностях. Однако с увеличением интервала между ними риск преэклампсии возрастает из-за снижения уровня Tрег-клеток памяти.

ЦИТОКИНОВЫЙ БАЛАНС

Среди факторов, способствующих реализации иммунорегуляторных механизмов во время беременности, следует выделить цитокиновый баланс между матерью и плодом. Цитокины участвуют в контроле иммунных реакций против антигенов плода. При невынашивании беременности изменяются субпопуляции Th17 и Трег-клеток. Изменения в спектре продуцируемых цитокинов играют важную роль в балансе субпопуляций Т-хелперов. Так, выработка про- или противовоспалительных цитокинов может повлиять на течение беременности: сдвиг от преобладания Th2-характерных цитокинов (IL-4, IL-10) в сторону цитокинов Th1-типа (IL-2, IL-6, IFNγ, TNFα) приводит к репродуктивной дисфункции. Но одного лишь баланса Th1/Th2 недостаточно для объяснения механизма проявления толерантности к плоду иммунных клеток матери.

Субпопуляция CD4+ T-клеток, продуцирующих IL-17 (Th17), которая играет важную роль в индукции воспаления и патогенезе отторжения трансплантата, может быть вовлечена в развитие патологии беременности. Трег-клетки и Th17 — это два разных подмножества лимфоцитов с противоположными функциями. Если первые участвуют в подавлении аутоиммунных реакций и предотвращении отторжения трансплантата (а уменьшение их количества связано с невынашиванием беременности), то Th17, напротив, стимулируют воспаление, отторжение трансплантата и аутоиммунитет. Недаром же при повторном выкидыше наблюдается повышение доли Th17.

МИКРОХИМЕРИЗМ В ДЕЙСТВИИ

Принципиально новое значение механизмы иммунологической регуляции системы "мать – плод" приобрели с открытием двустороннего трансплацентарного клеточного обмена. Рутинно протекающий во время нормальной беременности, он получил название микрохимеризма. С первых недель гестации эмбриональные клетки обнаруживаются в материнской крови и тканях, причем их число постепенно увеличивается до момента родов. Материнские же клетки обнаруживаются в тканях плода со второго триместра беременности. Установлено длительное сохранение этих генетически чужеродных эмбриональных клеток у матерей спустя годы после беременности, а также присутствие материнских клеток у потомства в течение всего постнатального развития до зрелого возраста. Хотя микрохимерные клетки есть практически в каждом организме, об их биологической функции и роли в развитии патологических состояний практически ничего не известно. Это связано со сложностью идентификации столь редких клеточных популяций. Однако фетальный и материнский микрохимеризм (ФМХ и ММХ соответственно) не являются "артефактами" беременности.

Постепенно увеличивающееся количество эмбриональных клеток в тканях будущей мамы коррелирует с ростом числа Трег-клеток. Аллогенная беременность способствует большему увеличению популяции материнских Tрег-клеток, чем сингенная. Это подчеркивает важность несовпадения главного комплекса гистосовместимости (Major Histocompatibility Complex —MHC) у плода и матери в стимулировании накопления материнских Tрег-клеток. Точно так же и плод подвергается воздействию генетически чужеродных ненаследуемых материнских антигенов (NIMA) во время внутриутробного созревания.

Т-клетки начинают заселять лимфоидную ткань плода на 10-й неделе гестации. Однако иммунного ответа против генетически чужеродных клеток матери не происходит, хотя Т-клетки плода способны к аллоантиген-индуцированной пролиферации. Напротив, фетальные CD4+ Т-клетки в ответ на стимуляцию NIMA преимущественно подвергаются дифференцировке в Tрег. Считается, что этот пул фетальных Tрег-клеток предотвращает внутриутробный конфликт плода путем подавления NIMA-специфических эффекторных T-клеток. И хотя факторы, ответственные за переход от сенсибилизации Т-клеток к толерантности внутриутробного развития, остаются в значительной степени неопределенными, параллельное явление сохранения генетически микрохимерных материнских клеток у потомства представляет большой интерес. Кинетика обнаружения ММХ-клеток у плода коррелирует с созреванием тимуса и периферической лимфоидной ткани, что предполагает участие этих клеток в праймировании толерогенных реакций к материнским антигенам.

ПАРАДИГМА ИДЕНТИЧНОСТИ

Эмбриональные клетки также сохраняются в различных материнских тканях после родов. Например, специфические участки Y-хромосомы могут быть амплифицированы в ДНК, выделенной из мононуклеарной фракции клеток периферической крови матери спустя годы после рождения сына. Сохранение эмбриональных клеток в тканях матери может давать определенные биологические преимущества — поддержание по окончании беременности толерантности к антигенам плода. ФМХ-клетки могут усиливать ее по отношению к отцовским антигенам во время будущих беременностей. Неслучайно риск преэклампсии снижается во время второй беременности, если у обоих детей один биологический отец.

Феномен микрохимеризма заставил пересмотреть парадигму иммунологической идентичности, определяемой исключительно генетически кодируемыми собственными антигенами организма. Обсуждается гипотеза расширенной иммунологической идентичности, включающей антигены нормального микробиома.

ОТ БАБУШКИ К ВНУКУ

Теоретически вероятна передача ММХ-клеток из поколения в поколение от бабушки по материнской линии к внуку, которые, как и другие наследственные источники генетически чужеродного материала, могут стимулировать аутоиммунные заболевания (АЗ) или защищать от них. Правда, прямых доказательств данного феномена не получено, в том числе из-за отсутствия инструментов для точной идентификации этих, вероятно очень редких, клеточных популяций. Но накопление и динамическое взаимодействие между генетически дискордантными микрохимерными клетками в одном и том же организме создают принципиально новое представление об иммунологической идентичности за пределами традиционных принципов разделения антигена на "свой" и "чужой". Всесторонний анализ распределения микрохимерных клеток в тканях, их фенотипа и динамического взаимодействия с клетками организма реципиента может открыть как преимущества, так и патологические последствия, связанные с тем фактом, что все индивидуумы в норме являются микрохимерными.

Существует связь между повышением уровня ФМХ и частотой АЗ у пациенток репродуктивного возраста. Число ФМХ-клеток в пораженной ткани или крови выше у женщин с аутоиммунитетом, а значит, аллореактивность в отношении ФМХ-клеток либо миграция в ткани матери адаптивных иммунных клеток плода может усугубить или инициировать АЗ.

Например, уровень ФМХ значительно повышен в крови женщин со склеродермией по сравнению с группой здоровых сверстниц репродуктивного возраста. Повышенный уровень ФМХ также связан с большей совместимостью плода и матери по генам HLA II класса среди женщин со склеродермией. Это совпадение может способствовать длительному сохранению микрохимерных клеток плода в организме матери, защищая их от отторжения. Но поскольку эти ФМХ-клетки экспрессируют и другие аллоантигены, их присутствие также может приводить к усилению восприимчивости иммунной системы матери.

Точно так же "генетическая" толерантность плода при совпадении отцовских и ненаследуемых материнских антигенов может создавать предрасположенность к повышению уровня ФМХ и развитию у матери АЗ. Эмбриональные клетки, экспрессирующие чужеродные аллели МНС или другие аллоантигены, — это потенциальные мишени для материнского аллоиммунитета, которые, вероятно, клинически неотличимы от аутоиммунитета. Учитывая отсутствие репрезентативных моделей заболеваний, позволяющих экспериментально регулировать количество микрохимерных клеток, причинно-следственная связь между повышением ФМХ и АЗ у матери остается спекулятивной. Эта неопределенность усугубляется возможной защитной ролью ФМХ-клеток в иммунном гомеостазе. Некоторые данные показывают снижение риска возникновения АЗ (склеродермия, ревматоидный артрит и рассеянный склероз) с увеличением числа предшествующих беременностей.

Несмотря на общую причину феноменов материнского и фетального микрохимеризма, различие в их потенциальном влиянии связано со степенью иммунологической зрелости хозяина-реципиента, с которым первоначально сталкиваются эти клетки. Эмбриональные микрохимерные клетки взаимодействуют с полноценно развитой иммунной системой матери, а материнские клетки впервые попадают в организм плода на ключевых этапах иммунологического развития.

Обнаружение механизма ускользания химерных клеток от иммунологического надзора откроет новые способы терапевтического воздействия для индукции иммунологической толерантности. Улучшение инструментов идентификации этих клеток, их выделение и изучение дадут ответ на вопросы: рекрутируются ли химерные клетки в конкретные органы плода и матери; какие хемоаттрактанты опосредуют тканеспецифическую миграцию; нуждаются ли микрохимерные клетки в сигналах дифференцировки посредством костимуляции, медиаторов воспаления и факторов роста для пролиферации и приобретения толерогенных свойств? Рассматривая индивидуумов как конститутивно химерных, можно выявить новые подходы не только для ведения перинатального периода, но и для разработки инновационных терапевтических решений для других иммуноопосредованных патологий (АЗ и РТПХ).