Inflammatory response and its role in antenatal transformation of the cervix

Full Text

Воспаление — это сложный мультикомпонентный процесс, посредством которого ткани реагируют на различные повреждения. Он характеризуется повышенной выработкой биологически активных веществ — хемокинов, стимулирующих миграцию иммунных клеток к месту инфицирования, и цитокинов (ЦК), регулирующих межклеточные взаимодействия, стимуляцию роста, дифференцировку и апоптоз клеток. Воспалительная реакция также сопровождается активацией специфических образ-распознающих рецепторов — белков, присутствующих на поверхности иммунных клеток, способных идентифицировать стандартные молекулярные паттерны, специфичные для больших групп патогенов и продуктов распада тканей. За последние десятилетия были проведены многочисленные исследования, посвященные изучению клеточных и молекулярных механизмов иммунорегуляции при аллергии, астме, аутоиммунных заболеваниях, опухолях, трансплантации органов и хронических инфекциях. В современной медицинской науке существует теория, в рамках которой антенатальную трансформацию шейки матки (ШМ) рассматривают как физиологический воспалительный процесс, в ходе которого происходит деградация внеклеточной коллагеновой матрицы цервикальных тканей. К факторам, способствующим этому процессу, относятся изменение функциональной активности иммунных клеток, а также продуцирование провоспалительных медиаторов и протеолитических ферментов в течение гестации [1–4].

Иммунные клетки, которые преобладают в тканях ШМ вне беременности, представлены преимущественно Т-лимфоцитами, которые присутствуют как в эпителии, так и в строме. Причем большинство исследователей указывают, что CD4⁺-клетки доминируют в субэпителиальной строме, а CD8⁺-клетки в подавляющем большинстве случаев располагаются в ШМ внутриэпителиально. В-клетки обнаруживают редко, тогда как плазматические клетки, идентифицированные поверхностным маркером CD38, определяют в субэпителиальной строме ШМ значительно чаще [5–7].

Моноциты и макрофаги (МФ) обеспечивают первую линию защиты от патологических агентов. Они также инициируют приобретенный иммунитет путем трансформации и представления антигенов и обеспечивают эффекторные функции нижестоящих звеньев иммунного ответа. В тканях МФ принимают участие в процессах, связанных с повреждением воспалительного или опухолевого генеза, подвергаясь воздействию местных биохимических изменений. Эти стимулы изменяют экспрессию генов с образованием так называемых активированных макрофагов, которые экспрессируют различные рецепторы, ЦК, хемокины, факторы роста и эффекторные молекулы [8–13].

Около 10 % популяции мононуклеарных клеток ШМ являются МФ, которые определяют по экспрессии рецепторов CD68. Они составляют антигенпрезентирующую популяцию цервикальной стромы. Внутриэпителиальные МФ, или клетки Лангерганса, являются подтипом дендритных клеток, присутствуют в эктоцервикальном эпителии и расположены парабазально. При изучении физиологической пренатальной трансформации ШМ были выявлены процессы рекрутирования и селективной активации МФ, которые способствуют деградации цервикального внеклеточного матрикса [14].

Цитотоксические эффекторные клетки, включающие семейство натуральных киллеров, представляют собой лимфоциты, реализующие функции врожденного иммунитета, и составляют малую часть нормальных цервикальных иммуноцитов. Эти клетки обладают противовирусной и противоопухолевой цитотоксической активностью и принимают участие в регуляции адаптивного иммунного ответа, продуцируя большое количество хемокинов и ЦК [15].

Специфические белковые молекулы, синтезируемые Т- и В-лимфоцитами и натуральными киллерами, а также взаимодействующими с ними клетками, называются цитокинами. Они являются ауто-, пара- и эндокринными факторами и способствуют дифференцировке и пролиферации клеток иммунной системы. Некоторые из ЦК называются интерлейкинами (от лат. interleukins: лат. inter — «между», греч. leukos — белый и лат. -in(e) — «подобный»). Интерлейкины (ИЛ) представляют собой группу белков, передающих сигналы между иммунными клетками (лимфоцитами) в ходе создания нормального иммунного ответа и обладающих способностью стимулировать рост и дифференцировку клеток, опосредуя межклеточные взаимодействия между иммунокомпетентными клетками. Это большая группа ЦК, синтезируемых преимущественно T-клетками, а в некоторых случаях мононуклеарными фагоцитами или другими иммуноцитами. Со времени открытия ИЛ-1 в 1977 г. накоплены данные о том, что ИЛ выполняют разнообразные функции, но большинство из них стимулирует другие клетки для деления или дифференцировки, при этом каждый ИЛ действует на отдельную, ограниченную когорту клеток, экспрессирующих специфичные для данного ИЛ рецепторы. Провоспалительные ЦК, такие как интерфероны 1-го типа и фактор некроза опухоли альфа (TNF-α), выступают мощными активаторами клеток Лангерганса. Интерфероны 1-го типа обладают противовирусным, антипролиферативным, ангиогенным и иммуностимулирующим свойствами, но, что особенно важно, они активируют незрелые дендритные клетки, обеспечивая связь между врожденным и адаптивным иммунитетом [16–19].

Говоря об основах иммунобиологии беременности, следует отметить, что период гестации характеризуется особенностями как клеточного, так и гуморального иммунитета. Колониеобразующая активность Т-клеток и их пролиферативный ответ на антигенную стимуляцию снижаются, уменьшается количество Т-хелперов и цитотоксических Т-лимфоцитов, уровень В-лимфоцитов и их биологические свойства также меняются. Указанные иммунологические изменения направлены на создание оптимальных условий для вынашивания беременности. Во время гестации существует баланс ЦК Th 1-го (клеточный иммунитет) и Th 2-го типов (гуморальный иммунитет), при этом все же исходно преобладают ЦК Th 2-го типа (ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10). С прогрессированием беременности постепенно количество Th 1-го типа начинает превышать количество Th 2-го типа, одновременно увеличивается продукция провоспалительных ЦК: интерферона-гамма, TNF-α, ИЛ-2, ИЛ-12, ИЛ-1, ИЛ-8 [20]. Для привлечения иммуноцитов в ткани эндотелий капилляров цервикальной стромы экспрессирует молекулы адгезии, которые действуют как лиганды для клеточных рецепторов. Молекула межклеточной адгезии-1 (ICAM-1), белок сосудистой адгезии-1 (VAP-1) и P-селектин экспрессируются на эндотелиальных клетках стромальных капилляров в тканях ШМ [21]. Эти молекулы преимущественно опосредуют рекрутирование лимфоцитов Th1, а не Th2 в цервикальных тканях. В неизмененном эпителии ШМ такой провоспалительный ЦК, как TNF-α, экспрессируется базальными и парабазальными эпителиальными клетками, стромальными МФ и эндотелиальными клетками. ИЛ-10 ингибирует ответы Th1, при этом биологические свойства данного фактора частично опосредуются через его влияние на антигенпрезентирующие клетки цервикальных тканей [22, 23].

Шейка матки — часть женской репродуктивной системы, которая подвергается уникальной трансформации в конце периода гестации и в процессе родов. Она является динамической структурой по отношению к эпителиальным и стромальным структурам, кровеносным сосудам, а также внеклеточному коллагеновому матриксу и иммунокомпетентным клеткам и субстанциям [24]. Согласно теории R.A. Word et al. (2007) существует несколько фаз перинатального ремоделирования цервикальных тканей: размягчение, созревание, раскрытие ШМ и послеродовая трансформация. Фаза 1 характеризуется размягчением ШМ с прогрессирующим увеличением содержания внеклеточного матрикса, снижением количества сшитого коллагена и относительным снижением концентрации коллагена из-за повышения гидрофильности тканей. В фазе 2 происходит созревание ШМ и повышается концентрация фермента циклооксигеназы-2, что ведет к локальному повышению уровня простагландина Е2 в цервикальных тканях. Результатами данных биохимических изменений являются дилатация артериол и капилляров ШМ, усиление деградации коллагеновых волокон, стимуляция высвобождения ИЛ-8, а также активация хемотаксиса лейкоцитов. В фазы 3 ШМ расширяется, так как данная фаза представляет собой первый период физиологических родов — период раскрытия ШМ. В последней, 4-й фазе перинатального ремоделирования ШМ претерпевает послеродовую трансформацию, включающую изменения в гладкомышечном и соединительнотканном компонентах ШМ [25].

По мнению большинства зарубежных исследователей, морфологические изменения ШМ, определяющие ее ремоделирование при доношенной беременности, напоминают воспалительный процесс, в ходе которого внеклеточная коллагеновая матрица ШМ деградирует и улучшается биомеханическая растяжимость цервикальных тканей в конце периода гестации [26, 27].

Клетки врожденного иммунитета (нейтрофилы, МФ и тучные клетки) опосредуют процесс родов, высвобождая провоспалительные факторы, такие как ЦК, хемокины и матричные металлопротеиназы. Адаптивные иммунные клетки (различные виды T-клеток и B-клетки) участвуют в поддержании иммунологической толерантности матки во время беременности, и изменение их функции или численности может привести к родам в срок или преждевременным родам. Предполагают, что инфильтрация и активация миелоидных иммунных клеток, а также продуцирование провоспалительных медиаторов и протеолитических ферментов регулируют ремоделирование ШМ в конце периода гестации [28]. Еще в начале 80-х годов прошлого века были получены морфологические и гистохимические доказательства возникновения коллагенолиза и значимой роли нейтрофильных полиморфноядерных лейкоцитов при созревании ШМ. Местные воспалительные процессы усиливаются из-за увеличения количества лейкоцитов, в частности, MФ и нейтрофилов, при этом снижается плотность клеточных ядер, что указывает на гипертрофию и отек цервикальных структур [29, 30]. Современные исследования показывают, что гены МФ в ШМ экспрессируются дифференцированно, что обусловливает уникальную комбинацию этих клеточных популяций [31].

В локализации иммунокомпетентных клеток в цервикальных тканях при антенатальной трансформации ШМ прослеживаются определенные закономерности. Различные популяции лейкоцитов, включая моноциты и Т-лимфоциты, представлены более широко в субэпителиальной области, чем в глубокой строме. Количество МФ CD14⁺ и гранулоцитов CD15⁺ обычно равномерно повышено как в субэпителиальных, так и в глубоких стромальных областях. При этом существует четкая связь между содержанием иммунокомпетентных клеток и степенью зрелости ШМ, традиционно определяемой по клинической шкале Бишопа. Согласно результатам исследований группы британских авторов количество МФ в созревающей и зрелой ШМ (оценка Бишопа выше 4 баллов) обычно превышает данный показатель в сравнении с незрелой ШМ (оценка Бишопа 4 балла или менее), при этом различия в других популяциях лейкоцитов зарегистрированы не были [32]. Содержание CD3⁺, CD8⁺ Т-клеток в субэпителиальной области ШМ снижается на поздних сроках беременности и не коррелирует со степенью ее зрелости. Указанные динамические изменения в состоянии иммунокомпетентных клеток позволяют предположить, что перед родами происходит снижение определенных параметров местного цервикального иммунитета.

Дополнительной основой для создания воспалительной теории предродовой цервикальной трансформации стало выявление повышенных концентраций иммунокомпетентных клеток в тканях нижнего сегмента матки в результате изучения гистологических характеристик миометрия [33–36]. При этом миграция лейкоцитов, преимущественно нейтрофилов и МФ, происходит при беременности не только в тканях ШМ и миометрия, но и в децидуальной оболочке, амнионе и плаценте. Интересными представляются результаты работ группы исследователей Королевского госпиталя Глазго (Великобритания), изучавших динамику местных воспалительных реакций в плодных оболочках при доношенной беременности анте- и интранатально [37, 38]. При анализе трансформации субпопуляций лейкоцитов до и во время родов в плодных мембранах, децидуальной ткани и ШМ было показано, что экспрессия мРНК ИЛ-1b, ИЛ-6, ИЛ-8 достоверно повышалась во всех отделах плодных оболочек с началом родов. При этом в зоне амниотической оболочки, расположенной в нижнем сегменте матки, плотность лейкоцитов была больше по сравнению со срединной и периплацентарной областями. В тканях децидуальной оболочки значительно увеличивалась экспрессия мРНК ИЛ-6 и ИЛ-8.

Дальнейшие исследования подтвердили гипотезу о том, что лейкоциты целенаправленно проникают в ткани матки, но точные сроки, природа и количество этих клеток формально не охарактеризованы. В большинстве научных работ сообщается о пренатальном притоке клеток иммунной системы в ткани ШМ, но неясно, какие именно клеточные или гуморальные стимулы инициируют их активное перемещение. Кроме того, по данным других исследований, активация клеток иммунной системы не определяет адекватную цервикальную трансформацию [39–42].

Макрофаги также активно мигрируют в ткани репродуктивного тракта до начала родов. Во время беременности маточные МФ преимущественно локализованы в эндометрии и расположены в основном периэндотелиально. В миометрии МФ чаще группируются в стромальной соединительной ткани. В завершающем периоде гестации цервикальные МФ расположены в основном субэпителиально, а также около кровеносных сосудов и нервных ганглиев. По мере завершения периода гестации в цервикальных тканях происходят рекрутирование (выбор) и селективная активация МФ, которые способствуют деградации внеклеточного матрикса ШМ. Данный процесс связан с выделением специфических ферментов, относящихся к классу пептид-гидролаз, вызывающих деструкцию элементов соединительной ткани цервикальной стромы [43]. Индексы иммиграции и активности МФ могут служить маркерами локальной активности клеток иммунной системы, которая критически значима для адекватного протекания процессов созревания ШМ [44–47]. При этом ряд исследователей занимают несколько иную научную позицию, указывая на то, что наличие повышенного количества МФ в ткани само по себе не объясняет их потенциальную роль в функции ШМ. Известно, что данный вид клеток характеризуется неоднородной активностью, отражающей местные сигналы и специализированные функции в разных анатомических областях человеческого организма. Вероятно, их биологическая роль более сложна, и для ее выявления необходим глубокий и всесторонний анализ [48, 49].

Макрофаги не единственный пул лейкоцитов, количество и функциональная активность которых меняется в тканях ШМ во время беременности. При этом значение небольших популяций тучных клеток (ТК) и других гранулоцитов, которые также находятся в ШМ и, вероятно, принимают активное участие в ее ремоделировании, до сих пор окончательно не установлено [50, 51]. Тучные клетки являются эффекторными клетками IgE-опосредованных аллергических заболеваний. Они задействованы в ангиогенезе, при этом их значение в развитии врожденных и адаптивных иммунных реакций представляет предмет активных исследований. Особое внимание уделено анализу содержания и функциональной активности тучных клеток в эндометрии и миометрии, а также их роли в фертильности, имплантации, протекании беременности и родов. Доказано, что тучные клетки могут реагировать на независимые от IgЕ врожденные иммунные стимулы и присутствовать в эндометрии. Однако вопрос о том, действительно ли тучные клетки абсолютно необходимы для успешной беременности и имеют ли фундаментальное значение для формирования различных вариантов акушерской патологии, еще предстоит определить [52–54].

Глубокое ремоделирование внеклеточной матрицы ШМ, происходящее одновременно с резким притоком лейкоцитов, объясняют высвобождением протеаз из белых кровяных клеток и из цервикальных фибробластов [55]. В качестве дополнительных посредников, принимающих активное участие в процессах ремоделирования ШМ, ученые рассматривают систему ИЛ. Наиболее значимы для процессов трансформации цервикальных тканей в периоде поздней гестации являются ИЛ-6 и ИЛ-8. Уникальность ИЛ-6 состоит в его способности действовать одновременно как провоспалительный ЦК и как противовоспалительный миокин, выступая при этом медиатором острой фазы воспаления и иммунных реакций. После того как ИЛ-6 синтезируется при локальном поражении на начальной стадии воспаления, он перемещается в печень через кровоток, а затем быстро индуцируется широкий спектр белков острой фазы, таких как С-реактивный белок (CRP), сыворотка амилоида A (SAA), фибриногена, гаптоглобина и α1-антихимотрипсина. ИЛ-6 также вносит вклад в регуляцию уровней железа и цинка в сыворотке путем контроля их транспортеров. Было доказано, что ИЛ-6 индуцирует избыточное продуцирование фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), что приводит к усиленному ангиогенезу и повышенной сосудистой проницаемости [56].

Ряд исследований говорит об изменении показателей цитокинового каскада при трансформации тканей ШМ перед родами. Клеточные мишени провоспалительных ЦК могут включать в себя другие резидентные клетки ШМ, поскольку известно, что ИЛ-1α увеличивает выработку эластазоподобного фермента из фибробластов ШМ, а также высвобождение матричных металлопротеиназ.

Детальный анализ данных процессов возможен при изучении биоптатов шейки матки лабораторных животных, что и произведено в исследовании E. van Engelen (2009) на кафедре патобиологии в Нидерландах. В этом исследовании оценены профили экспрессии провоспалительных ЦК, а также количество нейтрофилов и эозинофилов в серийных биоптатах ШМ коров несколько раз во время беременности и в процессе родов. При родах экспрессия ИЛ-8 увеличилась в 430 раз по сравнению с таковой при беременности, большое количество нейтрофилов проникло в ШМ, в то время как эозинофилы оставались дефицитными. Уровень ИЛ-1β увеличился в восемь раз, при этом уровень ИЛ-6 существенно не изменился. Кроме того, ИЛ-10 увеличен в 10 раз, а TNF-α уменьшился на 57 % по сравнению с таковым при беременности. Значительное увеличение экспрессии ИЛ-8, обеспечивающего приток нейтрофилов, выделяющих матричные металлопротеиназы, свидетельствует о их значимой роли на заключительной стадии созревания ШМ. M.B. Sennström et al. (2000) показали, что уровни мРНК для ИЛ-8, ИЛ -6 и гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (G-CSF) были значимо повышены у пациенток перед родами по сравнению с родильницами. Продемонстрированы увеличение концентрации ИЛ-8 в 4 раза при беременности и десятикратный рост данного показателя в позднем послеродовом периоде.

Необходимо отметить, что данные об особенностях функционирования фагоцитарных клеток на разных этапах подготовки организма женщины к родам практически отсутствуют. Не изучены механизмы, определяющие выход циркулирующих фагоцитов из сосудистого русла в ткань и их взаимодействие с белками внеклеточного матрикса.

Таким образом, согласно современной концепции цервикального ремоделирования процесс созревания ШМ является своеобразной физиологической воспалительной реакцией, связанной с катаболизмом внеклеточного матрикса ферментами, высвобождаемыми из инфильтрирующих ШМ лейкоцитов. При этом провоспалительные ЦК вызывают экспрессию ферментов, метаболизирующих матрикс не только в соединительнотканных компонентах, но и в клетках гладкой мускулатуры ШМ человека. Системный анализ функций и взаимной регуляции различных иммунных и воспалительных клеток, которые взаимодействуют через ИЛ, интерфероны, TNF-α и трансформирующий ростовой фактор бета, позволит лучше понять морфологические характеристики ШМ, связанные с ее ремоделированием. Благодаря разработке единого подхода к многофакторной модели цервикального моделирования, включающей комплекс биохимических и структурных изменений тканей ШМ у пациенток в конце III триместра беременности, будет расширено понимание ряда физиологических механизмов, связанных с антенатальной трансформацией ШМ.

About the authors

Olga V. Prokhorova

Urals State Medical University

Author for correspondence.
Email: prokhorova-ov@yandex.ru
SPIN-code: 1772-8219

MD, PhD, Assistant Professor. The Department of Obstetrics and Gynecology

Russian Federation, Ekaterinburg

Anna A. Olina

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology, and Reproductology named after D.O. Ott

Email: olina29@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9101-7569
SPIN-code: 4255-4325
Scopus Author ID: 56021173500

MD, PhD, DSci (Medicine), Professor, Deputy Director

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files