CC BY
234
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
© С. А. Сельков, д. И. Соколов
ГУ НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта СЗО РАМН
иммунологические механизмы контроля развития плаценты
УДК: 612.017:618.3-008.6:618.36]-07
■ В настоящем обзоре приведены данные литературы о роли клеток иммунной системы (Т-лимфоцитов, натуральных киллеров, NKT-лимфоцитов, дендритных клеток, плацентарных макрофагов) в развитии ткани плаценты. В обзоре также проанализированы взаимоотношения клеток трофобласта с клетками иммунной системы матери, основанные на продукции цитокинов и экспрессии молекул локуса КЬЛ-& На основании приведенных данных литературы отмечено, что клетки иммунной системы контролируют развитие плаценты через продукцию цитокинов. В свою очередь клетки трофобласта при физиологически протекающей беременности обеспечивают подавление активности цитотоксиче-ских лимфоцитов.
■ Ключевые слова: гестоз; трофобласт; лимфоциты; макрофаги; эндотелиальные клетки; плацента.
Изучение механизмов иммунологической регуляции морфогенеза плаценты и ее успешного функционирования на различных этапах беременности невозможно без комплексного подхода. Именно поэтому на базе лаборатории иммунологии НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта СЗО РАМН под руководством академика РАМН Э. К. Айламазяна в 2006 году была создана научная школа «Иммунология репродукции», поддержанная грантами Президента РФ № НШ-5268.2006.7 и № НШ-1066.2008. Создание этой школы позволило объединить усилия научных работников — иммунологов, морфологов, биохимиков и клиницистов — в интересах изучения развития и функционирования плаценты при физиологическом течении беременности и при гестозе.
Во время беременности материнская иммунная система постоянно взаимодействует с клетками и тканями полуаллогенного плода. Несмотря на экспрессию клетками трофобласта чужеродных антигенов, плацента и плод не подвергаются отторжению. Очевидно, что инвазия трофобласта и развитие плаценты должны находиться под иммунологическим надзором. Более того, контроль над соблюдением баланса ангиогенных и антиангиогенных факторов, а также проапоптотических и антиапоптотических факторов в ткани плаценты обеспечивается клетками иммунной системы опосредованно через секрецию различных цитокинов [14], что определяет нормальное формирование ткани плаценты.
Толерантность иммунной системы матери по отношению к полуаллогенному плоду и ингибирование цитотоксическо-го иммунного ответа обеспечивает физиологическое течение беременности [5]. В организме беременной женщины существует физиологический механизм, обеспечивающий сохранение плода. Показано, что молекулы локуса HLA-G, экспрес-сируемые клетками экстравиллезного трофобласта, защищают трофобласт, подавляя иммунный ответ и инициируя толерантность иммунной системы матери к, способствовать инвазии цитотрофобласта и формированию плаценты [23].
Молекулы локуса HLA-G, экспрессируемые на клетках трофобласта, соединяясь с различными рецепторами, регулируют активность клеток иммунной системы матери (рис. 1) [12]. Показано, что клетки трофобласта при физиологической беременности не вызывают иммунного ответа, опосредованного цитотоксическими Т-лимфоцитами. Данный факт объясняется тем, что клетки синцитиотрофобласта не экспрессируют классические молекулы HLA I класса, но экспрессируют молекулы локуса HLA-G. Клетки, не экспрессирующие молекул HLA, могут подвергаться цитотоксическому действию со стороны NK-клеток. Поэтому снижение экспрессии молекул локуса HLA-G клетками плаценты при гестозе [13] может приводить к активации NK-клеток при гестозе.
Рис. 1. Возможные рецепторы на иммунокомпетентных клетках, взаимодействующие с молекулами локуса HLA-G на поверхности клеток трофобласта. TcR — T-клеточный рецептор, ILT — иммуноглобулиноподобный транскрипт, KIR — рецептор, ингибирующий киллеры (из статьи Hunt J. S. et al,. 2005 [303]).
Как в растворимой, так и в мембранной форме молекулы локуса HLA-G могут инициировать секрецию цитокинов клетками иммунной системы. Так, в экспериментах in vitro было показано, что мембранные формы молекулы локуса HLA-G изменяют секрецию цитокинов мононуклеарами периферической крови при их совместном культивировании с аллогенными активированными цитотоксическими лимфоцитами [12]. При этом происходило снижение секреции клетками в культуре TNFa, тогда как секреция ^(интерлейкин)-10 увеличивалась [4].
Инвазия клеток цитотрофобласта сопровождается активацией цитотоксических лимфоцитов и NK-клеток. Эти лимфоциты, секретируя цитокины, в частности IFNy, индуцируют экспрессию молекул локуса HLA-G на поверхности клеток цитотрофобласта. Молекулы локуса HLA-G обеспечивают снижение цитотоксической активности лимфоцитов, что предотвращает эм-бриотоксические эффекты на протяжении всей беременности. Преимущественная продукция IL-10 децидуальными лимфоцитами и плацентарными макрофагами обеспечивает защиту клеток трофобласта от апоптоза: IL-10 увеличивает экспрессию FLIP (FLICE-ингибирующий белок) в клетках трофобласта и экспрессию FasL на их поверхности [26]. С другой стороны, IL-10 усиливает экспрессию молекул локуса HLA-G клетками трофобласта, способствуя ингибированию цито-токсических эффектов CD8+ лимфоцитов и натуральных киллеров [17]. Более того, молекулы локуса HLA-G напрямую подавляют пролиферацию CD4+ T-лимфоцитов и цитотоксические эффекты
CD8+ лимфоцитов и натуральных киллеров (NK-клеток) [20].
Вместе с тем, в плаценте обнаружены вошедшие в апоптоз Т-лимфоциты [9]. Описана также гибель антиген-специфических Т-лимфоцитов в течение беременности. По-видимому, материнская иммунная система распознает чужеродные антигены плода, но клетки трофобласта способны индуцировать апоптоз таких лимфоцитов. Толерантные Т-лимфоциты, избежавшие гибели во время беременности, могут восстанавливать способность ответа на отцовские антигены [18]. Одним из возможных механизмов обеспечения толерантности материнских Т-лимфоцитов может быть Fas/FasL-опосредованный апоптоз. Так, установлено, что при физиологической беременности клетки трофобласта экспрессируют FasL, а децидуальные CD45+ лейкоциты экспрессируют Fas. В децидуальной ткани также обнаружены вошедшие в апоптоз Т-лимфоциты. Кроме того, в экспериментальной системе in vitro клетки трофобласта, экспрессирующие FasL, способны вызвать апоптоз Т-лимфоцитов, экспрессирующих Fas [22]. Показано, что молекулы локуса HLA-G как в мембранной, так и в растворимой форме может инициировать гибель CD8+ лимфоцитов, взаимодействовавших с отцовскими антигенами
[25].
В норме NK-клетки, локализованные в эндометрии, продуцируют IFNy, необходимый для ре-моделирования сосудов при беременности, однако усиление цитотоксичности NK-клеток может оказаться разрушительным для плода. Поэтому при физиологической беременности NK-клетки,
локализованные в эндометрии, экспрессируют KIR2DL4 и ШГ2-рецепторы (рис. 1), которые связываются с молекулами локуса HLA-G. Такое взаимодействие обеспечивает подавление цитотокси-ческой активности NK-клеток. В экспериментах in vitro также показано, что взаимодействие NK-клеток с молекулами локуса HLA-G приводит к активации продукции IFNy [19]. NK-клетки конститутивно присутствуют в эндометрии. В течение первого триместра беременности их количество значительно увеличивается либо благодаря миграции из кровотока вследствие взаимодействия с адгезионными молекулами эндотелия сосудов де-цидуальной оболочки, либо благодаря пролиферации in situ [27]. Наиболее вероятным вариантом считается миграция NK-клеток в эндометрий под воздействием прогестерона, который индуцирует продукцию макрофаг-ингибирующего белка-Iß (MlP-1ß) и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) клетками стромы эндометрия. Клетки трофобласта также способны секретировать MIP-1ß, привлекая NK-клетки в эндометрий. При этом происходит снижение количества NK-клеток в периферической крови [6], облегчается миграция из периферической крови CD16dim CD56bright NK-клеток в эндометрий, где под влиянием прогестерона, IL-15 и пролактина они пролифериру-ют и продуцируют цитокины, поддерживающие развитие плаценты и трофобласта. IL-15 рассматривается как основной цитокин, индуцирующий пролиферацию NK-клеток, локализованных в матке [8].
При беременности NK-клетки эндометрия отличаются по фенотипу от NK-клеток периферической крови [27]. Помимо рецепторов KIR и KAR, NK-клетки матки экспрессируют CD2 и CD7, являющиеся ранними Т-клеточными маркерами, а также CD11a и CD18 и рецептор к IL-2. Децидуальные NK-клетки не атакуют цитотрофо-бласт благодаря взаимодействию рецепторов на NK клетках и молекул локусов HLA-C, HLA-E, HLA-G, экспрессируемых на клетках трофобласта [27]. Полагают, что NK-клетки играют важную роль в защите плода от инфекций и регуляции иммунного ответа. Они продуцируют цитокины, оказывающие влияние на формирование ткани плаценты: гранулоцитарный колониестимулиру-ющий ростовой фактор (G-CSF), гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий ростовой фактор GM-CSF, моноцитарный колониестимулирующий ростовой фактор (M-CSF) и фактор, ингибирующий лейкемию (LIF), стимулируя рост трофобласта; LIF также стимулирует процесс имплантации. В то же время, NK-клетки продуцируют фактор некроза опухолей-а (TNFa), который может негативно регулировать имплантацию и
инвазию трофобласта [8]. NK клетки локализованные в матке, оказывают иммуномодулирующий эффект на клетки плаценты, секретируя glycodelin и galectin-1, обладающие ингибирующими свойствами. Для galectin-1 описана способность инги-бировать пролиферацию Т-лимфоцитов, снижать секрецию TNFa, IL-2 и IFNy активированными Т-лимфоцитами и снижать продукцию IL-12 активированными макрофагами [8].
NKT-лимфоциты с фенотипом CD3+/CD16+/ CD56+ также могут принимать участие в регуляции процессов апоптоза при беременности. Клетки NKT фенотипически и функционально ге-терогенны: одни экспрессируют IL-18R и продуцируют IFNy, другие не экспрессируют IL-18R и продуцируют IL-4. NKT-клетки могут определять условия для развития аутоиммунной патологии, при которой повышается количество NKT-клеток с усиленной продукцией IFNy и IL-4. Одна из популяций NKT-клеток — iNKT — экспрессирует рецепторы для IL-12 и отвечает на активацию этим цитокином секрецией IFNy и IL-4, которые для них являются аутокринными регуляторами. Кроме продукции цитокинов, NKT выполняют эффекторные функции. При активации IL-12 NKT-клетки проявляют цитолитическую активность в отношении опухолевых и вирусинфицированных клеток. В противоопухолевом иммунитете iNKT активируют и NK и CD8+ цитотоксические лимфоциты, а в состоянии активации сами выполняют функции клеток-эффекторов [3].
В децидуальной оболочке матки на протяжении всей беременности находятся CD83+ зрелые дендритные клетки, CD83- незрелые клетки с фенотипом DC-SIGN+CD14+ или DC-SIGN-CD14-DEC-205+, CD14+ макрофаги [10, 11]. Эти клетки располагаются в непосредственной близости к клеткам цитотрофобласта, железистому эпителию матки и кровеносным сосудам матки. Предполагается, что они играют центральную роль в маточном и плацентарном гомеостазе, определяя активность иммунокомпетентных клеток [11]. Активированные децидуальные макрофаги экспрессируют молекулы HLA класса II, CD11c и CD86, B7-H1, ILT3, DC-SIGN. Необходимо отметить, что эти клетки секретиру-ют LIF, простагландин E2, обладают сниженной активностью при взаимодействии с аллогенными и аутогенными Т-лимфоцитами, и, по сравнению с моноцитами, спонтанно секретируют противовоспалительные цитокины, такие как IL-10 и трансформирующий ростовой фактор P1 (TGF-Р1) [16, 21]. Предполагают, что децидуальные дендритные клетки и макрофаги приобретают иммуносупрессивные свойства в результате их взаимодействия с молекулами локуса HLA-G,
экспрессированными на поверхности клеток тро-фобласта (рис. 1). При этом не происходит снижения их жизнеспособности [24], усиливается секреция TGF-pL Более того, в ответ на №N7 де-цидуальные дендритные клетки и макрофаги экс-прессируют молекулы локуса HLA-G, тем самым усиливая подавление клеток иммунной системы матери. Однако другая группа исследователей не смогла обнаружить экспрессию молекул локуса HLA-G децидуальными дендритными клетками и макрофагами [7].
Необходимо также отметить, что плацентарным макрофагам приписывают ведущую роль в продукции хемокинов, цитокинов, ростовых и других факторов в плаценте [1, 2]. Плацентарные макрофаги за счет секреции цитокинов могут не только изменять цитокиновый баланс, действуя на клетки микроокружения эндотелиальных клеток, но и самостоятельно активно влиять на все этапы ангиогенеза и развития плаценты [15].
Таким образом, физиологическое течение беременности и развитие плаценты, при котором соблюдается паритет между процессами ангио-генеза и апоптоза, обеспечивается адекватной экспрессией молекул локуса HLA-G клетками трофобласта, угнетением цитотоксических реакций против клеток плаценты со стороны материнской иммунной системы. Следует отметить, что благодаря экспрессии молекул локуса HLA-G клетками трофобласта сохраняется активированное состояние NK-клеток матери, характеризующееся усиленной секрецией №N7. При этом молекулы локуса HLA-G подавляют цито-токсическую активность NK-клеток. Более того, клетки трофобласта экспрессируют на своей поверхности FasL, обеспечивающий сдерживание цитотоксических лимфоцитов матери за счет индукции их апоптоза. За счет продукции №N7 NK-клетки матери участвуют в контроле инвазии трофобласта, ремоделировании сосудов плаценты и, вероятно, поддерживают плацентарные макрофаги в активном состоянии. Децидуальные дендритные клетки и децидуальные макрофаги обладают выраженным иммуносупрессивным действием в отношении иммунокомпетент-ных клеток матки, что позволяет поддерживать сниженную активность цитотоксических лимфоцитов. Этому также способствует секреция децидуальными макрофагами ^-10 и TGF-P1. Плацентарные макрофаги — активные участники формирования плаценты — отвечают за контроль процессов ангиогенеза, апоптоза и вносят огромный вклад в создание иммунологической толерантности материнского организма к клеткам плода. Макрофаги также обеспечивают удаление апоптотического материала и ингибирова-
ние цитотоксических реакций через продукцию IL-10, IL-4, IL-6. Таким образом, клетки иммунной системы контролируют развитие плаценты через продукцию цитокинов при одновременном подавлении активности цитотоксических лимфоцитов.
Литература
1. Кораблев А. В, Николаева Т. Н. Гемомикроциркуляторное русло: развитие в эмбриогенезе, патология. — М.: Изд-во РГМУ, 1999. — 188 с.
2. Сельков С. А., Павлов О. В., Селютин А. В. Цитокиновая сеть и макрофаги плаценты в регуляции родовой деятельности // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 2000. — Т. 129, № 6. — С. 606-610.
3. Фрейдлин И. C., Тотолян А. А. Клетки иммунной системы. Т. 3. — СПб.: Наука, 2001. — 456 с.
4. A subclass of soluble HLA-G1 modulates the release of cytokines from mononuclear cells present in the decidua additively to membrane-bound HLA-G1 / Kanai T. [et al.] // J. Reprod. Immunol. — 2003. — Vol. 60. — P. 85-96.
5. Bidirectional cytokine interactions in the maternal-fetal relationship: is successful pregnancy a TH2 phenomenon? / Wegmann T. G. [et al.] // Immunol. Today. — 1993. — Vol. 14. — P. 353-356.
6. Changes in T, B, and NK lymphocyte subsets during and after normal pregnancy / Watanabe M. [et al.] // Am. J. Reprod. Immunol. — 1997. — Vol. 37. — P. 368-377.
7. Differential expression of major histocompatibility complex class Ia, Ib, and II molecules on monocytes-derived dendritic and macrophagic cells / Laupeze B. [et al.] // Hum. Immunol. — 1999. — Vol. 60. — P. 591-597.
8. Dosiou C., Giudice L. C. Natural killer cells in pregnancy and recurrent pregnancy loss: endocrine and immunologic perspectives // End. Rev. — 2005. — Vol. 26, N 1. — P. 44-62.
9. Fas and Fas-ligand are expressed in the uteroplacental unit of firsttrimester pregnancy / Hammer A. [et al.] // Am. J. Reprod. Immunol. —1999. — Vol. 41. — P. 41-51.
10. Flow cytometric characterisation of cell populations in human pregnancy decidua and isolation of decidual macrophages / Vince G. S. [et al.] // J. Immunol. Methods. — 1990. — Vol. 132. — P. 181-189.
11. Gardner L., Moffett A. Dendritic cells in the human decidua // Biol. Reprod. — 2003. — Vol. 69. — P. 1438-1446.
12. HLA-G and immune tolerance in pregnancy / Hunt J. S. [et al.] // FASEB J. — 2005. — Vol. 19. — P. 681-693.
13. HLA-G protein concentrations in maternal serum and placental tissue are decreased in preeclampsia / Yie S. M. [et al.] // Am. J. Obstet. Gynecol. — 2004. — Vol. 191. — P. 525-529.
14. Human decidua contains potent immunostimulatory CD83(+) dendritic cells / Kammerer U. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2000. — Vol. 157. — P. 159-169.
15. Hunt J. S. Cytokine networks in the uteroplacental unit: Macrophages as pivotal regulatory cells // J. Reprod. Immunol. — 1989. — Vol. 16. — P. 1-17.
16. Hunt J. S. Immunologically relevant cells in the uterus // Biol. Reprod. — 1994. — Vol. 50. — P. 461-466.
17. IL-10 selectively induces HLA-G expression in human trophoblasts and monocytes. / Moreau P. [et al.] // Int. Immunol. — 1999. — Vol. 11. — P. 803-811.
18. Jiang S. P., Vacchio M. S. Multiple mechanisms of peripheral T cell tolerance to the fetal allograft // J. Immunol. — 1998. — Vol. 160. — P. 3086-3090.
19. Membrane-bound HLA-G activates proliferation and interferongamma production by uterine natural killer cells. / van der Meer A. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2004. — Vol. 10. — P. 189-195.
20. MICA triggering signal for NK cell tumor lysis is counteracted by HLA-G1-mediated inhibitory signal / Menier C. [et al.] // Int. J. Cancer. — 2002. — Vol.100. — P. 63-70.
21. Phenotypic characterization of human decidual macrophages / Heikkinen J. [et al.] // Clin. Exp. Immunol. — 2003. — Vol. 131. — P. 498-505.
22. Placental Fas ligand expression is a mechanism for maternal immune tolerance to the fetus / Kauma S. W. [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 1999. — Vol. 84. — P. 2188-2194.
23. Rajagopalan S., Long E. O. A human histocompatibility leukocyte antigen (HLA)-G-specific receptor expressed on all natural killer cells // J. Exp. Med. — 1999. — Vol. 189, N 7. — P. 1093-1099.
24. Recombinant HLA-G5 and -G6 drive U937 myelomonocytic cell production of TGF-01 / McIntire R. H. [et al.] // J. Leukoc. Biol. — 2004. — Vol. 76. — P. 1220-1228.
25. Secretion of pro-apoptotic intron 4-retaining soluble HLA-G1 by human villous trophoblast / Solier C. [et al.] // Eur. J. Immunol. — 2002. — Vol. 32. — P. 3576-3586.
26. TRAIL induced survival and proliferation in cancer cells resistant towards TRAIL-induced apoptosis mediated by NF-kB / Ehrhardt H. [et al.] // Oncogene. — 2003. — Vol. 22. — P. 3842-3852.
27. Veenstra van Nieuwenhoven A. L., Heineman M. J., Faas M. M. The immunology of successful pregnancy // Human Reprod. Update. — 2003. — Vol. 9, N 4. — P. 347-357.
IMMUNOLOGIC CONTROL OF PLACENTA DEVELOPMENT
Sokolov D. I., Selkov S. A.
■ Summary: In the present review literary data about a role of cells of immune system (T lymphocytes, natural killers, NKT, dendritic cells, placental macrophages) in development of a tissue of a placenta are cited. In the review mutual relations of cells of a trophoblast with cells of immune system mothers based on production of cytokines and an expression of HLA-G are analysed. It is noticed, that cells of immune system supervise placenta development through production of cytokines. In turn trophoblast cells at physiological proceeding pregnancy provide depressing of activity of cytotoxic lymphocytes. Work is sustained by grants of the President of the Russian Federation № HM-1066.2008.
■ Key words: gestosis; trophoblast; lymphocytes; macrophages; endothelial cells; placenta.
■ Адреса авторов для переписки -
Сельков Сергей Алексеевич — д. м. н., заведующий лаборатории иммунологии, профессор, профессор.
ГУ НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта РАМН 199034, Россия, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3. E-mail: selkovsa@mail.ru
Соколов Дмитрий Игоревич — старший научный сотрудник, к. б. н. ГУ НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта РАМН 199034, Россия, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3. E-mail: corbie@hotmail.ru
Selkov Sergey Alekseevich — MD, professor, laboratory of immunology.
D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology. 199034 Russia, St. Petersburg, Mendeleyevskaya Line, 3. E-mail: selkovsa@mail.ru
Sokolov Dmitriy Igorevich — scientific resecher, PhD. D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology. 199034 Russia, St. Petersburg, Mendeleyevskaya Line, 3. E-mail: corbie@hotmail.ru
