Etiology, pathogenesis, and morphology of juvenile hemangiomas

Abstract

Juvenile hemangiomas are benign vascular tumors diagnosed in 3-10% newborns and infants and emerging as a result of malformation of blood vessels under conditions of angiogenesis dysregulation. Mechanisms and probable causes of their emergence are detected and the morphology of hemangioma evolution is described. None of the known hypotheses alone describes at full length the mechanisms of these tumors initiation and regression, that necessitates analysis of all available published data.

Full Text

Врожденные и приобретенные сосудистые аномалии, включая новообразования и мальформации (пороки развития), часто встречаются в грудном и детском возрасте. Ювенильные гемангиомы - ЮГ (гемангиомы младенческого возраста, гемангиомы новорожденных, младенческие гемангиомы) - самые распространенные опухоли детского возраста, которые, по оценкам разных исследователей, встречаются у 3-10% младенцев, принадлежащих к европеоидной расе [1, 2]. Однако реальная частота случаев ЮГ по-прежнему плохо поддается оценке [3]. Нередко при рождении ЮГ трудно диагностируются и становятся заметными в течение первых недель или месяцев жизни, в связи с чем не документируются в государственных реестрах врожденных дефектов [4]. Более того, отсутствие формального механизма регистрации объективно ограничивает объем эпидемиологических данных [5]. Выявлен ряд эпидемиологических предрасполагающих факторов развития ЮГ. Так, опасность их развития больше у девочек (численное соотношение полов составляет от 3:1 до 5:1 и даже до 9:1 по разным данным); у лиц европеоидной расы, при недоношенности и малой массе тела при рождении; отя- гощенном семейном анамнезе по ЮГ, а также при предшествующих многократных родах у матерей [6, 7]. Дети, рожденные от матерей, которым выполнена биопсия ворсин хориона, также входят в группу повышенного риска развития ЮГ [8]. Этиология и патогенез Существует ряд гипотез относительно вероятных причин пролиферации эндотелиальных клеток и развития гемангиом. Специфическим маркером всех стадий развития младенческих гемангиом является транспортер глюкозы GLUT1, в норме выявляемый в эндотелии мозга, сетчатки, плаценты и эндоневрия и отсутствующий в нормальной коже и других сосудистых опухолях или при аномалиях [9-11]. При имму- номорфологическом исследовании выявляют эндотелиальные клетки, которые экспрессируют CD31 (фактор Виллебранда), интегрин-a, инсулиноподобный IGF-2 и сосудистый эндотелиальный фактор роста VEGF. В фазе инволюции значительно повышена экспрессия ингибитора ангиогенеза тканевого ингибитора металлопротеиназ (TIMP). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что возникновение гемангиом связано с дефектом регуляции ангиогенеза на ранней стадии беременности (6-10 нед), с характерной активацией сигналов, индуцирующих неоангиогенез или отрицательно влияющих на апоп- тоз (через IGF-2), и угнетением факторов, ограничивающих развитие новых сосудов и пролиферацию эндотелиальных клеток (через TIMP) [12]. Одним из инициирующих факторов развития гемангиом считают гипоксию плаценты [12]. Согласно теории дизэмбриогенеза, ЮГ возникают там, где островки эмбриональной ангиобластной ткани не могут вступить в нормальный контакт с остальной развивающейся сосудистой системой. После обнаружения в клетках гемангиомы транспортера глюкозы GLUT1 и ряда других плацентарных сосудистых антигенов FcRyII, Ley и мерозина было высказано предположение о плацентарном происхождении опухоли, согласно которому плацентарные эндотелиальные клетки, минуя гематопла- центарный барьер, с током крови попадают в микро- циркуляторное русло плода, где и задерживаются [13] . После рождения, когда прекращается воздействие материнских ингибиторов ангиогенеза, пролиферативная активность этих клеток резко возрастает, что приводит к образованию гемангиом [14]. Некоторые исследователи связывают развитие гемангиом с эмболической диссеминацией клеток гемангиомы плаценты [15]. E. Boye и соавт. [16] установили моноклональ- ность эндотелиальных клеток гемангиомы, что предполагает существование единой клетки-предшественника, появление которой произошло в результате соматической мутации и связано с высокой митотической активностью клеток, на фоне чего легко возникают мутации. Следовательно, можно предположить существование соматической мутации в генах, контролирующих пролиферативную активность эндотелиальных клеток. Эндотелиальные клетки гемангиомы и нормальных сосудов по-разному реагируют на действие факторов ангиогенеза. Вероятно, некоторые мутации приводят к формированию обратной реакции на факторы, стимулирующие и ингибирующие ангиогенез [16]. Так, причиной развития геманги- ом могут быть мутации в участках хромосом, отвечающих за синтез факторов роста и регуляторных молекул, осуществляющих взаимодействие между факторами роста и клетками кровеносных сосудов [9, 17, 18]. В некоторых случаях геманги- ом выявлялись признаки соматической мутации на участке 5q31-33. При этом в качестве мишеней мутации рассматриваются продукты генов рецептора фактора роста фибробластов - FGFR-4, рецептора тромбоцитарного фактора роста - PDGFR-P и FMS-связанной тирозинкиназы - FLT-4 и сосудистого эндотелиального фактора роста - VEGFR-3. Результатом этой мутации может быть появление неполноценных молекул, изменяющих ответ эндотелиальных клеток на воздействие стимулирующих или ингибирующих ангиогенез факторов. Так, эн- достатин, в норме ингибирующий миграцию эндотелиальных клеток, в тканях гемангиомы не только не подавляет, но и активирует этот процесс [19]. Y. Yu и соавт. [20] выявили повышенную экспрессию рецептора Tie2 к ангиопротеину, стимулирующему обновление периэндотелиальных клеток в ткани опухоли. В экспериментах in vitro было показано, что миграционная активность эндотелиальных клеток гемангиомы в ответ на воздействие ангиопротеина 1 (Ang-1) существенно повышается. На основании этих данных авторы предположили, что нарушения в системе Ang/Tie могут приводить к образованию гемангиом. Таким образом, несмотря на существование различных гипотез происхождения ЮГ, во всех случаях развиваются условия, приводящие к нарушению регуляции ангиогенеза. Фаза роста ЮГ характеризуется интенсивной гиперплазией эндотелиальных клеток, которая происходит под действием проангиогенных факторов VEGF и bFGF [21-25]. На этой стадии выражена экспрессия протеина IDO, который также часто встречается в злокачественных опухолях и является катализатором деградации триптофана, подавляя функцию Т-лимфоцитов. Поэтому существует предположение, что IDO играет определенную роль в замедлении инволюции ЮГ, поскольку он снижает реакцию цитотоксических клеток. Во время роста ЮГ происходит повышенный синтез медиаторов эндотелиальных клеток-предшествен- ников VEGF-A, MMP-9, SDF-la, HIF-la [21-25]. VEGF представляет собой гликопротеин и является одним из самых важных стимуляторов ангиогенеза в разнообразных по характеристикам здоровых и измененных тканях. VEGF влияет на развитие новых кровеносных сосудов и выживание незрелых кровеносных сосудов (сосудистая поддержка), связываясь с двумя близкими по строению мембранными тирозинкиназными рецепторами. Уровень VEGF непосредственно регулируется такими факторами внешней среды, как рН, давление и концентрация кислорода. Общее их влияние заключается в опосредованной через VEGF стимуляции важных для ангиогенеза медиаторов, включая антиапоп- тотические белки, молекулы клеточной адгезии и металлопротеиназы [26]. VEGF индуцирует плей- отропные реакции, позволяющие эндотелиальным клеткам участвовать в пролиферации, мигрировать, собираться в трубки и формировать связанную сеть, выживать и усиливать свою проницаемость. Уровень экспрессии VEGF прогрессивно уменьшается после рождения и минимален в большинстве тканей у взрослых, за исключением мест активного ангиогенеза, таких как яичники, матка и кожа (волосяные фолликулы). Экспрессия VEGF реин- дуцируется во время патологического ангиогенеза (ишемия миокарда, сетчатки, очаги воспаления, атеросклеротические бляшки и опухоли) [26]. При иммуногистохимических исследованиях гемангиом установлено значение активации фактора, индуцируемого гипоксией HIF-2a для повышения экспрессии VEGF эндотелиальными клетками [27]. Апоптоз эндотелиальных клеток является основной причиной регресса ЮГ [28]. Выдвинуты две гипотезы относительно возможных инициирующих факторов апоптоза: увеличение экспрессии ICAM-1 (CD54, молекула клеточной адгезии), маркера созревания эндотелиальных клеток и/или прекращение их стимуляции проангиогенными факторами, такими как VEGF [29]. В приведенных вариантах возможны и промежуточные механизмы, которые в настоящее время не изучены. Морфология ЮГ в процессе эволюции. Схема развития ювенильных гемангиом и их эволюция. Предполагается, что инициирующим сигналом развития ЮГ может быть эмбриональный гипоксиче- ский стресс [30, 31], что подтверждается более частым развитием ЮГ у новорожденных при осложненной беременности, патологии плаценты и малой массе тела [6, 18]. Гипоксия приводит к активизации aHIF в результате стабилизации его подгруппы HIF-1a, которая отвечает за повышенную экспрессию VEGF и вызывает пролиферацию эндотелиальных клеток. Еще один из возможных вариантов инициации гемангиом заключается в активации стволовой клетки CD133, находящейся в коже эмбриона, которая получает патологический сигнал об «опасности гипоксии». Риск возможной гипоксии запускает путь HIF-2a, увеличивая экспрессию VEGF [5, 18]. Вместе с тем клинико-морфологические особенности и отличия в течении разных ЮГ, указывают на сложное сочетание генетической предрасположенности и влияния других факторов (травмы кожи, изменения температуры и т.д.). Установлено, что сочетание гипоксии и гиперэстрогении оказывает синергичное воздействие на пролиферацию эндотелиальных клеток ЮГ, а в пролиферирующих ЮГ повышены уровень 17-Р-эстрадиола и количество рецепторов к нему [31]. Морфология Гистологическая картина гемангиом значительно меняется в зависимости от стадии развития. Так, в стадии пролиферации, которая длится в течение первого года постнатального периода, наблюдают скопление быстро делящихся эндотелиальных клеток без определенной сосудистой архитектуры. Затем формируются структуры с просветами, похожие на капилляры, базальная мембрана при этом имеет многослойное строение, а соединительная ткань развита слабо [9, 33-35]. В стадии инволюции просвет сосудов расширяется вследствие уплощения эндотелиальных клеток, а гиперплазия соединительной ткани придает новообразованию дольчатое строение и гемангиома чаще всего представлена небольшим количеством капилляроподобных приводящих и отводящих сосудов, стенки которых состоят из уплощенных эндотелиальных клеток, соединительнотканной стромы, жировой ткани, коллагеновых и ретикулярных волокон. Помимо эндотелиальных клеток, при ЮГ выявляют перициты, фибробласты, интерстициальные и тучные клетки, причем количество последних особенно велико в стадии инволюции [33, 34, 36]. Данные гистологических исследований позволяют сделать вывод, что рост образования в стадии пролиферации происходит за счет повышения пролиферативной активности эндотелиальных клеток, тогда как стадия инволюции характеризуется увеличением количества соединительнотканных элементов. При этом фенотип клеток гемангиомы представляет собой сложное их сочетание, включая небольшую долю мультипотентных стволовых клеток (CD133+). Большую часть опухоли составляют незрелые клетки эндотелия (CD31+), перициты (SMA+), древовидные клетки (фактор XIIIa+) и мезенхимные клетки с адипогенным потенциалом. Кроме того, в опухоли также присутствуют мастоциты и миелоидные клетки (см. рисунок) [21-25]. Взгляды на происхождение стволовых клеток CD133+ противоречивы. Однако последние данные свидетельствуют о том, что эти клетки имеют фенотип стволовой клетки нервного валика. Предложена модель, которая может объяснить естественное развитие ЮГ на основе мультипотентного профиля экспрессии неразвитой мезодермы [36]. Во время фазы роста эндотелиальные и интерстициальные клетки ЮГ экспрессируют маркер пролиферации сосудов MIB 1, CD31, интегрин-a, инсулиноподобный фактор роста IGF-2 и VEGF. Кроме этого, клетки CD31+ являются клональными и характеризуются особым фенотипом: индоламин-2,3-диоксигеназа (IDO), LYVE-1 (рецептор эндотелия сосудов гиалуронан, экспрессируемый клетками лимфатических сосудов), мерозин, CCR6 и переносчик глюкозы GLUT1, антиген Льюиса Y (Ley), антиген FcRyII, CD15 (молекула адгезии) [20, 38]. IDO и LYVE-1 являются полностью положительными в начальной фазе развития ЮГ, а затем становятся отрицательными. Зрелые клетки гемангиомы напоминают обычные эндотелиальные клетки, но с небольшой выраженностью GLUT1, Ley, FcRyII и маркеров мерозина. Важно отметить, что эти маркеры являются положительными в течение всех стадий эволюции ЮГ, а в других опухолях и сосудистых мальформациях они отсутствуют [13]. Во время регресса гемангиомы эндотелиальные клетки экспрессируют каспазы, являющиеся маркерами апоптоза [28]. Кроме того, отмечается диффузный лимфоцитарный инфильтрат с маркерами цитотоксической активности CD8+ и экспрессией гранзима В, увеличение экспрессии маркеров созревания и активации эндотелиальных клеток (HLA-DR и ICAM-1), значительно повышается экспрессия ингибитора ангиогенеза TIMP. Мезенхимные клетки с адипогенным потенциалом во время фазы инволюции дифференцируются в адипоциты, с экспрессией маркера PPAR (активирующий пролиферацию пероксисом рецептор гамма 2), что объясняет появление жировых остатков, наблюдаемых в результате поздней регрессии [39]. Таким образом, ЮГ - это доброкачественные сосудистые опухоли, возникающие вследствие аномального образования и развития сосудов, при значительных нарушениях регуляции локального ангиогенеза. Выявлены различные механизмы ангиогенеза ЮГ и возможные причины их развития, однако полученные данные недостаточны для полного представления об инициации этих сосудистых новообразований у новорожденных, что обусловливает необходимость дальнейших исследований.