Имплантирующаяся оплодотворенная яйцеклетка и материнский организм

Симбиотические взаимоотношения между матерью и оплодотворенной яйцеклеткой представляют собой непрерывную связь, от которой зависит продолжение вида. Самой главной целью имплантирующегося эмбриона является прикрепление к материнскому эндометрию и последующее внедрение в него. Таким образом он обеспечивает для себя безопасное место на последующие 9 мес и доступ к питательным веществам, необходимым для его существования и продолжения роста.

Последние данные свидетельствуют о том, что материнский эндометрий избирателен. Представляется, что он "восприимчив” к имплантирующейся бластоцисте только в пределах ограниченного по времени и пространству ’’окна имплантации". Новые исследования также подтверждают активную роль эндометрия в питании оплодотворенной яйцеклетки, защите ее от материнской системы иммунного контроля и предотвращении ее слишком усердного внедрения. Вероятно, во время процесса имплантации контакт между матерью и плодом характеризуется интенсивными молекулярными взаимодействиями между клетками и тканями.

Менструальный цикл

Во время менструального цикла в результате колебаний уровней циркулирующих, вырабатываемых в яичниках стероидных гормонов — эстрадиола (Е₂) и прогестерона — и их местно вырабатываемых медиаторов, включая факторы роста (ФР) и цитокины, эндометрий подвергается динамическим изменениям.

В течение 1-й половины менструального цикла — "пролиферативной фазы", или фазы преобладания эстрогенов — клеточные компоненты эндометрия подвергаются интенсивной пролиферации. Напротив, в течение 2-й половины менструального цикла — "секреторной" фазы, или фазы преобладания прогестерона — клеточные компоненты подвергаются дифференциации. Кроме того, во время обеих фаз в результате неоваскуляризации происходят активное развитие сетей кровеносных сосудов и митоз сосудистых компонентов, включая гладкомышечные клетки и эндотелий. ФР и цитокины представляют собой семейства пептидов и белков, которые посредством паракринных механизмов действуют на соседние клетки или посредством аутокринных механизмов — на клетки, в которых они вырабатываются. Они способны вызвать клеточную реакцию с помощью связывания со специфическими рецепторами клеточной поверхности. Ввиду их известных митотических характеристик и свойств дифференциации эти эффекторные молекулы хорошо подходят для участия в циклических процессах в эндометрии. Хотя такие факторы экспрессированы в большинстве тканей, спецификой ФР, цитокинов, их рецепторов и связывающих их белков эндометрия является их циклическая зависимость, которая свидетельствует о том, что они опосредуют влияние Е₂ и прогестерона в эндометрии.

Пролиферативная фаза

Непосредственно после менструации эндометрий очень тонок (около 2 мм), затем приблизительно в течение 10 дней его толщина увеличивается до 12 мм. Считается, что несколько ФР и цитокинов, специфически экспрессированных во время пролиферативной фазы цикла, играют основную роль в пролиферации клеточных компонентов эндометрия. Во время пролиферативной фазы наблюдается интенсивная митотическая активность железистого эпителия эндометрия, стромы, а также гладкой мускулатуры и эндотелия сосудов. Стимулы для этой митотической активности опосредуются специфическими ФР, в частности эпидермальным ФР (ЭФР), инсулиноподобным ФР (ИФР), фибробластным ФР (ФФР) и ФР сосудистого эндотелия (ФРСЭ).

"Семейство" ЭФР включает ЭФР, трансформирующий фактор роста а, ЭФР-подобный гепаринсвязывающий фактор роста (ГС-ЭФР), амфирегулин и р-целлюлин. Максимальная концентрация рецепторов для этого семейства ФР наблюдается в конце пролиферативной фазы, непосредственно перед овуляцией, и после этого резко снижается до самых низких уровней, наблюдаемых перед следующей менструацией.

Считается, что ИФР-I и ИФР-П стимулируют митоз и дифференциацию клеток эндометрия в течение менструального цикла и на ранней стадии беременности. ИФР-I и ИФР-П митогенны для клеток стромы эндометрия и железистого эпителия. Рецептор ИФР I типа экспрессирован в первую очередь в железистом эпителии с меньшими количествами в строме. Поскольку пептиды ИФР экспрессируются стромой, считается, что они участвуют и в пролиферации стромы (посредством аутокринных механизмов), и в пролиферации эпителия (посредством паракринных механизмов).

Основной ФФР представляет собой ангиогенный белок, который является высокомитогенным для эндотелиальных клеток капилляров in vitro и может вызвать ангиогенез in vivo. Он в высоких концентрациях присутствует в эндометрии женщин с нормальным менструальным циклом, и хотя его экспрессия не зависит от цикла, он, вероятно, играет роль в интенсивном ангиогенезе, который происходит во время нормального менструального цикла. Имеется мало информации о рецепторах ФФР в эндометрии, хотя ФФР стимулирует митоз стромы эндометрия. ФФР может быть одним из нескольких ФР, действующих посредством аутокринных механизмов на строму и(или) посредством паракринных механизмов на железистый эпителий, строму и сосудистый эндотелий.

Клеточный ФРСЭ представляет собой ангиогенный фактор, который также является мощным митогеном для эндотелиальных клеток in vitro. Он экспрессируется железами и клетками стромы эндометрия. Е₂ стимулирует выработку ФРСЭ в нормальных клетках эндометрия и в клетках аденокарциномы эндометрия в культуре. Эти данные привели к появлению гипотезы, согласно которой вырабатываемые в яичниках стероиды регулируют ФРСЭ в неэндотелиальных клетках эндометрия, который затем может действовать на эндотелиальные клетки в этой ткани посредством паракринных механизмов. Это может обеспечить механизм, с помощью которого образование новых сосудов в эндометрии регулируется паракринными взаимодействиями с постоянной клеточной популяцией эндометрия.

Секреторная фаза и имплантация

После овуляции толщина эндометрия существенно не увеличивается. Скорее, железистые компоненты начинают секретировать сахара и белки, а клетки стромы дифференцируются в предецидуальные клетки, которые синтезируют специфические белки, характерные для ткани эндометрия во время секреторной фазы цикла. Другой набор ФР и цитокинов появляется во время секреторной фазы и, вероятно, участвует в поддержании дифференцированного состояния эндометрия. Многие из этих факторов продолжают экспрессироваться в эндометрии во время беременности, свидетельствуя о том, что они участвуют в ’’диалоге” между материнским организмом и оплодотворенной яйцеклеткой. Эти эффекторные молекулы включают в себя членов семейства ЭФР; фактор, подавляющий лейкоз (ФПЛ); интерлейкин-1 (ИЛ-1); трансформирующий фактор роста р (ТФР-р) и связывающий ИФР белок-1 (СИФРБ-1).

Ранние взаимодействия между маткой и зародышем

Мышиные модели позволили постичь сущность механизмов, происходящих на ранних стадиях имплантации, и обнаружить, что вновь открытый член семейства ЭФР ГС-ЭФР, вероятно, играет существенную роль во взаимодействии между зародышем и маткой. Ген ГС-ЭФР экспрессирован в эпителии просвета матки мыши, окружающем бластоцисту непосредственно перед имплантацией. Кроме того, ГС-ЭФР способствует росту бластоцисты, выходящей из прозрачной зоны, и разрастанию трофобластов in vitro. Эти данные свидетельствуют о важной роли ГС-ЭФР на ранних стадиях имплантации. Экспрессия и роль ГС-ЭФР и других вновь открытых членов семейства ЭФР, таких как амфирегулин и бетацеллюлин, в репродуктивном тракте мышей и людей во время имплантации требуют дальнейшего исследования.

Аппозиция и прикрепление

Во время фаз аппозиции и прикрепления играет роль ФПЛ. Он представляет собой белок, который первоначально был выявлен по его свойству подавлять дифференциацию линии клеток миелолейкоза. Он является плейотропным цитокином, оказывая и пролиферативное, и дифференцирующее влияние на множество клеток in vitro, включая линии эмбриональных, гематопатических, остеобластических и эндотелиальных клеток. В наше понимание роли ФПЛ во время имплантации существенный вклад внесли экспериментальные модели. Например, во время беременности ФПЛ экспрессирован в мышином эндометрии на 4-й день, в начале окна имплантации у этого вида.

Мышиные модели "выключения”, в которых происходит функциональная делеция изучаемого гена, дали удивительную информацию о необходимости определенных генов для роста, развития и имплантации. Роль ФПЛ в имплантации была однозначно показана на трансгенной мыши с "выключенным” геном ФПЛ. Спаривание самок с "выключенным ФПЛ” с нормальными самцами давало нормальные бластоциты, которые можно было выделять из матки на 4-й день. Кроме того, подсадка этих эмбрионов к нормальным самкам с ложной беременностью привела к имплантации и беременности. Эти удивительные наблюдения обеспечивают возможность первоначального проникновения в сущность "диалога” между матерью и зародышем, хотя точные механизмы, лежащие в основе экспрессии ФПЛ материнского эндометрия и имплантации эмбриона, требуют дальнейшего исследования. ФПЛ экспрессирован в человеческом эндометрии, и его экспрессия зависит от цикла. Однако точная роль этого цитокина в имплантации у людей не установлена.

Семейство ИЛ-1 включает в себя ИЛ-lot, ИЛ-1р, антагонист рецептора ИЛ-1 (арИЛ-1) и 2 рецептора ИЛ-1. ИЛ-1а и ИЛ-ip представляют собой гомологичные пептиды, которые связываются с одним и тем же рецептором и опосредуют одинаковые действия. С другой стороны, арИЛ-1, хотя и имеющий структуру, аналогичную структуре ИЛ-lot и ИЛ-1р, подавляет их действие на клеточном уровне. ИЛ-ip может также участвовать в имплантации (Саймон и соавт., 1994).

Внедрение

Во время имплантационной фазы внедрения в определенных типах клеток и в определенное время внутри матки экспрессируются различные изоформы ТФР-р, свидетельствуя о том, что эти ФР играют специфическую роль в течение периода, связанного с имплантацией. Предполагают, что ТФР-р децидуального материнского происхождения может подавлять внедрение трофобласта, поскольку он способствует дифференциации цитотрофобластов человека в неинвазивный фенотип. Было высказано мнение, что ТФР-р может контролировать внедрение трофобласта с помощью регулирования протеаз и их ингибиторов в эмбрионе и децидуальном слое эндометрия матери.

СИФРБ-1 в больших количествах вырабатывается в строме эндометрия во время секреторной фазы и во время беременности. Будучи связывающим ИФР белком, он или стимулирует, или подавляет действие ИФР. Он также оказывает независимое от ИФР действие на связывание с клеточными поверхностями. Последние данные свидетельствуют о том, что СИФРБ-1, имеющийся в избытке во время контакта между матерью и плодом, действует в качестве материнского'ограничивающего белка", вероятно, обеспечивая один из нескольких путей защиты матери против излишне активного внедрения трофобласта в материнский отсек.

Будущее

Мы только начинаем понимать экспрессию, регуляцию и механизм действия нескольких ФР, цитокинов и родственных им белков в материнском эндометрии во время имплантации. По мере углубления наших представлений в течение нескольких последующих лет мы, вероятно, сможем внедрить это представление в практику для способствования оплодотворению, равно как и для его предотвращения.