Имплантация

Паракринные регуляторы имплантации

Рецептивность эндометрия и окно имплантации

Паракринные регуляторы имплантации

C.Simon, J.C.Martin, A.Pellicer

Bailliere’s Clin Obstet Gyn

Vol 14, No 5, pp. 815-826, 2000

Имплантация эмбриона, процесс ориентировки, прикрепления и инвазии человеческого зародыша к материнскому эндометрию имеет сложную регуляцию. Классические и современные исследования показали, что эндокринная регуляция гормонами яичника необходима для имплантации. Однако все больше фактов накапливается в пользу существования дополнительных паракринных процессов регуляции имплантации, основанных на реципрокных взаимодействиях эмбриона и матки. Более того, паракринные эффекторы оказывают также действия, характерные для стероидов.

Паракринная регуляция имплантации облегчает взаимодействие эмбриона, эпителиальных клеток эндометрия (ЭКЭ) и стромальных клеток эндометрия (СКЭ). Для болшей ясности мы структурировали эту главу на три раздела: эпителиально-стромальные взаимодействия, приводящие к повышению рецептивности эндометрия и его децидуализации, эндометриально-эмбриональные взаимодействия в фазе приближения и адгезии, и наконец эмбрионально-стромальные взаимодействия в фазе инвазии (рис. 1).

Рис. 1. Паракринные взаимодействия во время имплантации эмбриона. ЭКЭ и СКЭ после взаимодействия с гормонами меняют информацию, переходя в рецептивное состояние. Во время адгезии бластоцисты эмбрион и ЭКЭ синхронизируют свои взаимодействия. Наконец, когда эмбрион проникает в матку, необходим полноценный информационный обмен между СКЭ и имплантирующимся клеточным трофобластом.

Эпителиально-стромальные взаимодействия во время достижения рецептивности эндометрия и децидуализации

В эндометрии в предимплантационный период происходят морфологические и биохимические изменения, приводящие к сложным сигнальным взаимодействиям паракринных молекул, индуцируемые присутствием развивающейся бластоцисты. Стромальные клетки опосредуют пролиферативный эффект эстрогенов на эпителиальные клетки. Стероид-активируемые протеины, такие как недавно описанные протеины циклооксигеназы (СОХ), кальцитонин, гепарин-связывающий ЭФР – подобный фактор роста (ГС-ЭФР), лактоферрин, лейкемия-ингибирующий фактор (ЛИФ), интерлейкин-1 (ИЛ-1), могут регулировать паракринным путем пролиферацию эндометрия, секрецию и децидуализацию (рис. 2).

Рис. 2. Эпидермально-стромальные взаимодействия. Во время предимплантационного периода стероид-индуцируемые и секреторные молекулы играют роль паракринных регуляторов рецептивного статуса. СОХ регулирует образование простагландинов, железистая секреция контролируется калцитонином, который рассматривается в качестве маркера рецептивности эндометрия. Другие молекулы, секретируемые ЭКЭ, также вовлечены в паракринные взаимодействия, такие как ЛИФ, ГС-ЭФР, ИЛ-1.

Некоторые исследования показали, что простагландины, отвечая на материнские стероиды, могут влиять на процессы имплантации. Самым ранним признаком имплантации является повышение сосудистой проницаемости, что опосредуется простагландинами. Молекулы, ограничивающие скорость синтеза простагландинов, являются СОХ-ферментами. Существует 2 изоформы СОХ-протеина: СОХ-1 и СОХ-2. СОХ-1 – постоянный фермент, а СОХ-2 – индуцибельная форма. Эти ферменты являются продуктами двух разных структурных генов. У мышей, лишенных СОХ-2, наблюдались нарушения имплантации, а у мышей без СОХ-1 – нет. Во время окна имплантации СОХ-1 экспрессируется в основном в эпителии желез, а СОХ-2 – в периваскулярных клетках. Лечение антипрогестинами значительно снижает экспрессию СОХ-1 и СОХ-2. Экспрессия гена СОХ-2 связана с функцией ХГЧ. В настоящем исследовании ХГЧ и ЛГ повышали экспрессию гена СОХ-2 в человеческих эпителиальных клетках желез эндометрия. Эффект был время– и дозозависимым и гормоно-специфичным и был опосредован медиаторным путем протеин-киназы А. Эксперименты in vitro показали, что ИЛ-1-бета может индуцировать экспрессию гена СОХ-2 в культуре стромальных клеток эндометрия. Это поддерживает идею ИЛ-1 – опосредованного паракринного эффекта в контроле синтеза простагландинов во время предимплантационного периода.

Стероидная регуляция экспрессии гена кальцитонина вместе с паттерном экспрессии этого гена в матке обнауживает свойства кальцитонина как новой паракринной молекулой, вовлеченной в подготовку эндометрия к имплантации. У человека синтез пептидного гормона кальцитонина индуцируется прогестероном в железистом эпителии эндометрия только в середине секреторной фазы цикла, в ожидаемое время имплантации эмбриона. Точная функциональная роль кальцитонина в человеческом эндометрии пока неизвестна. Предполагается, что он может регулировать процесс имплантации бластоцисты путем регуляции кальциевого гомеостаза в матке аутокринно/паракринным путем.

ГС-ЭФР взаимодействует с рецептором, общим также для ЭФР и ТФР-альфа. Этот ЭФР-рецептора способен варьировать на протяжении менструального цикла – и в количестве самого белка и в количестве мРНК, связан с уровнем эстрадиола в сыворотке, но не зависит от уровня прогестерона. Эндометриальный ГС-ЭФР по-разному экспрессируется в стромальных и эпителиальных клетках в течение эндометриального цикла. У человека уровень ГС-ЭФР-протеина повышается в эпителиальных клетках во время пролиферативной фазы и снижается во время секреторной, максимальная экспрессия ГС-ЭФР в эпителии – в середине секреторной фазы. Предполагается и другая роль ГС-ЭФР в эндометриальных клетках – на основании повышения мРНК ГС-ЭФР после искусственной индукции децидуальной реакции стромальных клеток. Т.о. ГС-ЭФР может играть роль аутокринного/паракринного фактора в стимулировании пролиферации стромальных клеток после индукции децидуальной реакции. Секреция этого фактора роста в период рецептивности эндометрия, когда количество эптелиальных рецепторов к стероидным гормонам снижается, может регулировать вместе с другими паракринными модуляторами имплантацию бластоцисты.

Лактоферрин – это член семейства трансферринов: негемсодержащих железосвязывающих гликопротеинов, который опосредует межклеточные взаимодействия после стероид-регулируемой экспрессии. Этот протеин экспрессируется и секретируется первично в эпителиальных клетках. Плейотропные функции этого протеина включают в себя регуляцию роста клеток, дифференцировки и гомеостаза железа. Гормоны регулируют уровень лактоферрина ткане-специфичным способом. В репродуктивной системе экспрессия протеина индуцируется эстрогенами и подавляется во время имплантации после высвобождения прогестерона. Секретируемый в матке ЛИФ является ключевой молекулой имплантации. ЛИФ оказывает свои эффекты во время клеточной дифференцировки и имплантации путем димеризации рецепторных субъединиц: гликопротеина 130 и ЛИФ-рецептора-бета. У мышей ЛИФ необходим для осуществления прикрепления эмбриона и децидуализации эндометрия. В отсутствии ЛИФ эти события не присходят. Максимальная экспрессия этого протеина происходи в эндометрии во время ожидаемого окна имплантации в середине лютеиновой фазы. Поскольку ЛИФ экспрессируется также в эндометрии человека в зависимости от фазы менструального цикла, а также в человеческом эмбрионе, его роль в процессе имплантации у человека предполагается. Система ИЛ-1, модулирующая клеточную пролиферацию и дифференцировку, также представлена в эндометии человека. Различные исследования выявляли возможную роль цитокинов в паракринной регуляции процессов репродукции, хотя животные, лишенные ИЛ-1, оставались фертильными. На человеческих СКЭ было показано, что ИЛ-1бета снижает экспрессию пролактина и ИПФР-связывающего протеина-1, которая рассматривается как маркер децидуализации. Морфологический анализ клеток после лечения ИЛ-1бета выявил неполноценную децидуализацию.

Эмбрионально-эпителиальные взаимодействия в фазах приближения и адгезии

Эпителий эндометрия представляет собой монослой кубических клеток, которые могут образовывать контакт с трофэктодермальными клетками бластоцисты. Бластоциста получает доступ к своему естественному месту прикрепления (эндометрий) в течение узкого временного окна и при наличии специфического гормонального фона, в течение остального времени эндометрий невосприимчив для имплантации эмбриона. Молекулы адгезии и антиадгезии вовлечены в трансформацию невосприимчивого эндометрия в рецептивный. Было предположено, что во время имплантационного окна экспрессируются специфические молекулы адгезии, переводя эндометрий в рецептивный статус, а антиадгезивные молекулы присутствуют до и после окна, служа естественным барьером для имплантации. Человеческий эмбрион сам способен регулировать паракринным путем динамику экспрессии обоих типов молекул.

Интегрины – трансмембранные гетеродимеры, состоящие из двух субъединиц (альфа и бета), связанных нековалентными связями. Некоторые белки внеклеточного матрикса, включая фибронектин, витронектин и коллаген 4 типа, имеют участок RGD (Arg-Gy-Asp) для связывания интегринов, хотя имеются и другие последовательности-мишени для интегриновых взаимодействий. Экспрессия интегринов энодметрия гормонально зависима, интересно отметить, что стероид-индуцированные паракринные молекулы могут также влиять сами на гормональный контроль. Интегрины альфа1 и альфа4 регулируются уровнем прогестерона. Они появляются в начале продукции прогестерона, когда уровень энометриальных прогестероновых рецепторов (ПР достигает максимума. Наоборот, бета-3 интегрины появляются, когда уровень ПР низкий. Исследования на животных, лишенных интегринов, показали, что дефицит интегрина бета-1 у мышей не нарушает нормального развития эмбрионов до стадии бластоцисты, однако имплантация не происходит. При отстутствии интегринов альфа-4, альфа-5, альфа-6 нарушения имплантации не происходило.

Мы исследовали регуляцию экспрессии альфа-4, бета-3 и альфа-1 интегринов в человеческий ЭКЭ на белковом уровне и выявляли эмбриональные факторы, влияющие на этот процесс. Наши результаты продемонстрировали селективный эффект развивающегося человеческого эмбриона на экспрессию бета-3 интегринов в ЭКЭ, которая становится максимальной, когда человеческая бластоциста (в отличие от замершего зародыша) находится в одной культуре с ЭКЭ. Более того, эмбриональная система ИЛ-1 вовлечена в стимуляцию экспрессии бета-З интегрина в ЭКЭ (рис. 3). Т.о. эмбрион может индуцировать желаемый паттерн экспрессии интегринов эндометрием для собственной имплантации, что обновляет концепцию паракринных взаимоотношений между бластоцистой и эндометриальным эпителием. Другая интересная роль регуляции эмбриональным ИЛ-1 паракринных коммуникаций между эмбрионом и материнскими клетками заключается в упомянутом выше опосредовании эффекта СОХ-2 через ИЛ-1бета.

Рецептивный статус формируется за счет баланса между активацией молекул адгезии и присутствием естественного барьера для эмбриона в эпителиальном гликокаликсе. Муцины – это семейство высоко гликозилированных протеинов высокого молекулярного веса (200-500 кДа), представленное на поверхности человеческих эпителиоцитов. Наиболее изученным является MUC-1. Локус его гена находится в участке 21 длинного плеча хромосомы 1 (1q21). MUC-1 обладает свойствами интегрального мембранного белка с концевым карбоксильным участком, содержащим дегенеративные последовательности, трансмембранным доменом (гидрофобным) из 31 остатка аминокислот и цитоплазменным хвостом из 69 остатков. MUC-1 был определен в эндометрии, и его экспрессия колеблется в течение менструального цикла, более того, обнаружены вариации у различных биологических видов. У человека уровень мРНК MUC-1 повышается в ткани эндометрия от пролиферативной к секреторной фазе и снижается в поздней секреторной фазе. У пациенток с заместительной гормональной терапией не наблюдается вариаций с увеличением дозы или временем действия эстрадиола, однако при введении прогестерона уровень MUC-1 увеличивается в клетках околожелезистого эпителия по сравнению с железистым. MUC-1 присутствует в более низких концентрациях в секреторной фазе перед днем (пик ЛГ + 7), чем после этого дня. Возможным субстратом для связывания MUC-1 являются селектины, которые связывают сиалил-Льюис-х и сиалил-Льюис-а карбогидратный антигены, или межклеточные молекулы адгезии (ICAM-1), которые распознают эпитоп внеклеточного домена MUC-1. Неизвестно, присутствуют ли эти молекулы в составе трофобласта. Недавно у кроликов была показана паракринная негативная регуляция эмбрионом экспрессии MUC-1 эндометрием. У этого биологического вида гормональная регуляция MUC-1 очень похожа на таковую человека, что позволяет предположить, что здоровый эмбрион способен снизить экспрессию MUC-1.

У людей, при использовании in vitro модели адгезии эмбриона, экспрессия MUC-1 протеина, измеренная методом проточной цитофлуометрии с антителами BC-2 и HMFG-1, повышалась в присутствии эмбриона. М-РНК MUC-1, определяемая методом Nothern blot со специфической кДНК MUC-1 также повышалась в культуре ЭКЭ при добавлении бластоцист, в сравнении с чистой контрольной культурой. Эти результаты позволяют предположить, что человеческий эмбрион может увеличивать количество MUC-1 в плазматической мембране ЭКЭ. Поскольку прогестерон увеличивает уровень MUC-1 во время окна имплантации, и поскольку бластоциста сама повышает уровень этой молекулы в ЭКЭ, роль MUC-1 становится непонятной. То ли эта молекула является истинной молекулой анти-адгезии, то ли она служит в качестве первого участка прикрепления.

Когда бластоциста входит в полость матки, она инициирует сложные сигналы, которые регулируют имплантацию эмебриона. Необходимо отметить, что некоторые из паракринных молекул, присутствующих в матке в периимплантационный период, могут модулировать рецептивность эндометрия, участвуя во взаимодействиях между клетками эндометрия и бластоцистой. Такими молекулами являются выше описанные ГС-ЭФР и ЛИФ. Кроме опосредования взаимодействий между эпителиальными и стромальными клетками, взаимодействие ГС-ЭФР со своим рецептором кажется важным для осуществления диалога между материнским организмом и эмбрионом. Также возможно, что для осуществления полноценной имплантации нужен другой тип взаимодействий, например – прямой контакт (юкстакринные взаимодействия). На мышиной модели было описано, что ГС-ЭФР, кроме паракринной функции, еще может опосредовать клеточно-клеточные взаимодействия за счет трансмембранного домена.

Координированная регуляция апоптоза ЭКЭ, индуцированная бластоцистой

Эндометриальный эпителий служит барьером для имплантации эмбриона. Эта концепция была продемонстрирована в классическом эксперименте Cowell, который показал, что у мышей бластоциста может имплантироваться на любой стадии яичникового цикла при искусственном повреждении целостности эндометриального эпителия. Апоптоз – программированная клеточная гибель – при которой клетки совершают самоубийство, не вызывая воспалительных изменений в тканях, – является основным механизмом, объясняющим устранение эпителиального барьера для бластоцисты. Физиологическая или программированная клеточная гибель участвует в реализации функции яичников, физиологических изменений эндометрия, развитии зародыша перед имплантацией, механизме имплантации и образования плаценты.

В человеческом эндометрии пролиферация и апоптоз – противоположные механизмы в течение менструального цикла, между которыми поддерживается равновесие. Пролиферативная фаза характеризуется низким числом апоптотических клеток, в то время как во время секреторной фазы число этих клеток возрастает, достигая максимума в период менструации. Большинство апоптотических клеток присутствует в эпителии, в строме эндометрия их меньше. Искусственно вызываемый спад яичниковых гормонов тоже приводит к программированной гибели клетки энодметрия. Механизмом гибели 97,5% клеток эндометриального эпителия является апоптоз и только 2,5% – некроз.

Существуют доказательства роли местно регулируемого апоптоза в патогенезе ремоделирования ткани при децидуализации и имплантации бластоцисты у мышей, крыс и хомяков. У грызунов ультрастуктурные исследования продемонстрировали, что клетки маточного эпителия в участке прикрепления бластоцисты подвергаются апоптозу и фагоцитируются клетками трофоэктодермы во время инвазии. У мышей было показано, что аутокринно/паракринная регуляция апоптоза в клетках маточного эпителия у мышей индуцируется самим эмбрионом, эффект опосредуется ТФР-бета. Во время стромальной инвазии у крыс происходит прогрессивная и продолжительная индукция апоптоза в материнской ткани.

У человека индукция эмбрионом апоптоза ЭКЭ и способность преодолеть эпителиальный барьер критична для выживания эмбриона. Максимальная индукция апоптоза происходит в ЭКЭ в месте тесного контакта с бластоцистой и индуцируется этим контактом, опосредуется хотя бы частично за счет FasL-Fas– лигандной системы. FasL – лиганд клеточной гибели – присутствует в трофоэктодерме, 60% ЭКЭ содержат Fas, рецептор клеточной гибели, на апикальной поверхности клеток. Предварительные исследования по нейтрализации Fas-FasL системы в адгезионной модели с поляризованными человеческими ЭКЭ и мышиной бластоцистой (также продуцирующей FasL) выявили нарушения механизма адгезии эмбриона в культуре ЭКЭ в присутствии анти-CD95 (anti-Fas) по сравнению с культурой без anti-Fas. Это исследование позволяет предположить, что апоптоз ЭКЭ индуцируется эмбрионом и является важным механизмом, позволяющим эмбриону преодолеть эпителий эндометрия. В результате достигается прямой контакт трофоэктодермы с базальной мембраной и становится возможна стромальная инвазия.

Рис. 3. Эмбрионально-эпителиальные взаимоотношения. Когда эмбрион входит в матку, правильные взаимоотношения между бластоцистой и ЭКЭ необходимы для благополучной адгезии. Во-первых, эмбрион ориентируется и обменивается информацией с материнскими клетками с помощью местных секреторных молекл, таких как ИЛ-1 или ЛИФ. Далее другие факторы могут регулировать фазу адгезии паракринно/юкстакринными механизмами, например, взаимодействием между ГС-ЭФР и его рецептором, и индукцией апоптоза за счет взаимодействия FasL-Fas.

Эмбрионально-стромальные взаимоотношения в стадии инвазии

Децидуализация, процесс стромально-клеточной пролиферации и дифференцировки, инициируется яичниковыми гормонами в ожидаемое время имплантации. Стромальные клетки – фибробласто-подобные, отвечают на действие прогестерона своей дифференцировкой в децидуальные клетки с характерными изменениями морфологии и секреции пролактина – это общеизвестный маркер децидуализации «in vitro».

Инвазия – это самоконтролируемый протеолитический и иммунологический процесс. Базальная мембрана – первый барьер, который должен быть преодолен, далее трофобласт проникает в строму, уже децидуализированную и прорастает в материнские кровеносные сосуды. Этот эффект опосредуется некоторыми протеиназами, разрушающими внеклеточный матрикс: сериновые протеазы, металлопротеиназы, катепсины (Рис. 4). Урокиназный (уАП) и тканевой (тАП) активаторы плазминогена являются сериновыми протеазами, катализирующими превращение плазминогена в плазмин, обладающий широким протеолитическим действием; они способны напрямую разрушать внеклеточный матрикс. Матриксные металлопротеиназы (ММП) – это семейство цинк-зависимымых эндопептидаз с протеолитическими свойствами в отношении некоторых компонентов внеклеточного матрикса. Семейство состоит из трех групп: коллагеназы, желатиназы и стромелизины. Активированные ферменты разрушают внеклеточный матрикс соответственно их субстратной специфичности. Коллагеназы включают ММП-1 и ММП-8. Эти ферменты расщепляют коллаген типов 1, 2, 3, 7 и 10. Желатиназы расщепляют коллаген 4 типа и денатурированный колаген. Стромелизины разрушают фибронектин, ламинин, коллаген 4, 5 и 7 типа, а также протеогликаны. Регуляция этих процессов необходима для предотвращения избыточной патологической инвазии, происходящей при placenta accreta или дефективной инвазии при преэклампсии.

Классические исследования приводят к заключению, что децидуа может осуществлять протеолитический и иммунологический контроль над инвазией бластоцисты. Со своей стороны человеческая бластоциста может влиять на процесс. Гистологическое изучение эндометрия при нормальной беременности выявило специфические изменения в децидуа, индуцированные присутствием эмбриона. У макак резус исследователи также выявили изменения функционального слоя эндометрия в лютеиновой фазе в присутствии бластоцисты.

В двух крупномасштабных исследованиях на экспериментальных животных были продемонстрированы 2 пути тонкой паракринной регуляции взаимоотношений между децидуа и трофобластом. Влияние трофобласта моделировалось введением фермента, расщепляющего триптофан, – индоламин-2,3-диоксигеназы (IDO), экспрессируемого трофобластом. Транскрипция IDO начинается в мышином трофобласте во время инвазии, фармакологическое блокирование IDO вызывает быстрое Т-клеточно-индуцированное разрушение эмбриона. Роль децидуа демонстрируется у самок мышей с гомозиготной мутацией, приводящей к отсутствию альфа-цепи рецептора ИЛ-11. Эти мыши бесплодны из-за нарушенного процесса децидуализации. Постимплантационный ответ децидуа на внедряющуюся бластоцисту нарушается из-за отсутствия полноценного рецептора к ИЛ-11 в развивающихся децидуальных клетках, что доказывает его важное участие в паракринной регуляции взаимоотношений децидуа и трофобласта.

Рецептивность эндометрия и окно имплантации

B.A.Lessey

Baillier’s Clin Obstet and Gyn, 2000, Vol 14, No 5, pp 775-588

Имплантация – это одно из интереснейших биологических событий. Этот процесс различается у разных видов млекопитающих. У человека имплантация гемохориальная, поскольку эмбрион тесно взаимодействует с материнским кровообращением во время образования плаценты. Клеточные механизмы, вовлеченные в процесс имплантации человеческого зародыша, включают поверхностное взаимодействие материнского и эмбрионального эпителиев, проникновение клеток эмбриона между материнскими эпителиоцитами, инвазию трофобласта глубоко в эндометрий. В этой главе рассматривается состояние рецептивности эндометрия и регуляция им процесса имплантации.

С демографической точки зрения имплантация – обычное событие для нашего вида. В 1999 г количество людей на Земле достигло 6 миллиардов, что является доказательство эффективности репродукции человека. Процесс имплантации, тем не менее, весьма уязвим и требует соблюдения ряда условий: высокой степени синхронности между эндометрием и эмбрионом, адекватного гормонального окружения, нормальных анатомических условий и функции половых клеток. Принимая во внимание сложность процесса, становится неудивительным факт частых неудач имплантации. С клинической точки зрения эти неудачи становятся все более значимой проблемой. Бесплодие встречается в среднем у каждой шестой пары, и этот процент продолжает расти.

Имплантация

Процесс имплантации подразделяется на стадии, основанные на этапах развития эмбриона и происходящих взаимодействиях с материнским организмом. Начало процесса включает оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом в маточной трубе – 1 стадия имплантации. Образовавшийся эмбрион продолжает делиться и развиваться, двигаясь по направлению к матке – стадия 2. На стадии 3 морула входит в полость матки, дальнейшее деление клеток приводит к формированию бластоцисты.

У человека полная последовательность событий, приводящих к имплантации, занимает небольшой промежуток времени. Эмбрион входит в полость матки через 72-96 часов после оплодотворения. Эндометрий, чей рост и развитие стимулировались эстрогенами растущего фолликула, подвергается секреторной трансформации в ответ на повышение уровня прогестерона и пептидных гормонов свежего желтого тела. Гормональные и паракринные влияния яичников и эндометрия приводят к характерным изменениям эндометрия, повышающим его рецептивность к последующей нидации бластоцисты.

Хэтчинг эмбриона с разрушением блестящей оболочки происходит на 5 день (через 10-120 часов после овуляции). Исчезновение блестящей оболочки обнажает рецепторы, молекулы клеточной адгезии, матриксные металлопротеиназы и компоненты внеклеточного матрикса, которые вовлекаются в следующий этап имплантации. 4 стадия включает в себя короткий этап противостояния (аппозиция). У человека трудно изучить эту стадию в прямом эксперименте, поэтому ее точная продолжительность и механизмы остаются неизученными до конца. Аппозиция быстро сменяется инвазией (стадия 5). Присутствие специфических белков на апикальном полюсе эндометрия и на поверхности эмбрионального эпителия позволяет предположить, что аппозиция и прикрепление опосредуются различными молекулами клеточной адгезии и/или компонентами внеклеточного матрикса. Соприкосновение с подлежащей базальной мембраной эндометрия может запустить продукцию пищеварительных ферментов, расщепляющих эту преграду, и обнажить подлежащую строму.

Почему клетки бластоцисты резко приобретают мобильные и инвазивные свойства, непонятно, но возможно эти изменения фенотипа запускаются за счет активации клеточных рецепторов эндометрия. Известно, что это именно диалог, т.е. взаимодействия направлены в обе стороны и включают активацию сигнальных механизмов как в эндометрии, так и у эмбриона. Разрушенные при начале инвазии фрагменты эндометриального или трофобластического внеклеточного матрикса, возможно, стимулируют дальнейший процесс путем активации специфических матриксных металлопротеиназ. Расположение определенных интегринов на поверхности цитотрофобласта, возможно, тоже способствует приобретению миграционного фенотипа.

Проникновение трофобласта между клетками эндометрия возможно облегчается за счет потерей клетками некоторых молекул адгезии со своей поверхности в середине секреторной фазы, что приводит к нарушениям контактов между клетками эндометрия. Такая возможность подтверждается данными иммуногистохимического исследования уровня интегринов. Уровень Е-кадгеринов, обеспечивающих контакты между клетками эндометрия, тоже снижается в середину лютеиновой фазы. Синтез и функционирование этих молекул адгезии регулируется уровнем гормонов в эндометрии и зависит от концентрации кальция. Кроме того, специфические цитокины мгут приводить к разрушению Е-кадгеринов и полной потере их функции.

Параллельно с продолжающимся ростом у эмбриона увеличиваются потребности в питательных веществах и усложняется система регуляции. Т.о. инвазия в материнский кровоток становится приоритетной задачей. Эта стадия имплантации сопровождается быстрой экспансией как цито-, так и синцитиотрофобласта. На стадии 5а материнские кровеносные сосуды все еще остаются интактными, но они окружены внедряющимся многоядерным синцитием. Далее синцитий и отдельные клетки цитотрофобласта внедряются в материнские кровеносные сосуды, и синцитиотрофобласт встраивается в их стенку. Способность эмбриональных тканей подстроиться под характеристики материнских эндометриальных клеток (аналогичная экспрессия интегринов) критична для данной стадии, она позволяет эмбриону получить доступ к стабильному кровоснабжению на оставшийся период беременности, не вызывая защитной реакции материнского организма.

Стадия 5б характеризуется экспансией синцитиотрофобласта и цитотрофобласта и образованием лакун в результате сосудистой инвазии. На стадии 5с эмбрион полностью погружен в эндометрий, его окружает слой синцитиотрофобласта, очень скоро сформирующий ворсины хориона (рис. 1, А и В).

Развитие хориона и стадия 5 заканчивается приблизительно на 11-12 день после овуляции образованием первичных ворсин.

Биомаркеры и окно имплантации

Имплантация у мышей происходит вечером четвертого дня после полового акта – изучено на имплантационной модели беременных самок после овариаэктомии с ежедневными инъекциями прогестерона. Точно известное время иплантации вызывалось у таких животных путем инъекции небольших количеств экзогенного эстрадиола (?). Эта модель достаточно полезна для изучения процесса имплантации, и многие регуляторные пептиды были впервые охарактеризованы с ее помощью.

Значительное продвижение нашего понимания процесса имплантации было достигнуто за счет использования мышей с направленными мутациями (отсутствием того или иного гена). Отсутствие одних генов было критично для всего процесса имплантации, в то время как мутации других генов (ранее рассматривемых как необходимых) не оказывало повреждающего эффекта. Следующие примеры описывают несколько наиболее известных маркеров, изучаемых в контексте теории имплантации.

CSF-1 (колониестимулирующий фактор-1)

КСФ-1 – это ростовой фактор, экспрессируемый фибробластами, моноцитами, макрофагами и эндотелиоцитами. Он экспрессируется эндометриальным эпителием и стромальными клетками, а также клетками трофобласта, в то время как рецептор к нему, прото-онкоген c-fms, экспрессируется на эмбриональных клетках. Мутантные мыши, не имеющие КСФ-1, – бесплодны. Опыты позволяют предположить, что бесплодие в данном случае связано именно с нарушением процесса имплантации. Kauma et al определяли уровень КСФ-1 в течение менструального цикла и выявили его повышение в районе 22 дня и значительное увеличение как фактора, так и рецептора к нему в конце секреторной фазы и в ранние сроки беременности. Конкретная функция фактора неясна, однако этот цитокин считается жизненно необходимым для имплантации.

ЛИФ (лейкемия-ингибирующий фактор)

Исходно было известно влияние ЛИФ на дифференцировку клеточной линии миелолейкоза MI, однако наибольший нтерес представляет его участие в процессе имплантации. ЛИФ присутствует в матке мышей, достигая максимального уровня экспрессии к 4 дню беременности. На моделях с отложенной имплантацией было показано, что рецептивность матки, связанная с инъекцией эстрадиола, также коррелирует с экспрессией ЛИФ. Самки-гомозиготы, не экспрессирующие ЛИФ, бесплодны из-за нарушения процессам имплантации, в то время как самцы сохраняют репродуктивную способность.

Исследования на людях подтвердили значимость ЛИФ, показав его присутствие в эндометрии во время имплантации. Введение ЛИФ эмбрионам оказало благоприятный эффект на их качество и повысило процент эмбрионов, достигших стадии бластоцисты. Sawai et al показали, что ЛИФ повышает продукцию ХГЧ, и что эффект ЛИФ на дифференцировку трофобласта может блокироваться антителами к ХГЧ. Мы обнаружили присутствие ЛИФ у женщин во время окна имплантации, а также факт снижения экспрессии в эндометрии у некоторых женщин с бесплодием. Создается впечатление необходимости ЛИФ для децидуализации – у мышей, лишенных этого фактора, полноценной децидуализации не происходило. ЛИФ отсутствовал у мутантных мышей, лишенных гена Hoxa-10. Интересно отметить, что у женщин с энодметриозом снижена экспрессия этого гена. Перитонеальная жидкость пациенток с эндометриозом снижала частоту имплантации и уровень экспрессии ЛИФ во время окна имплантации у мышей. Децидуализация регулируется различными способами. Один из ее маркеров – пролактин – регулируется яичниковыми гормонами, другие же гормоны, включая интегрины, регулируются факторами роста и/или цитокинами. Известно, что одним из регуляторов является простагландин Е2. Экспрессия 2 подтипов рецепторов к нему – Ер-3 и Ер-4 в строме матки у Hoxa10 -/– мышей нарушена. ИФР-СП-1 и гликоделин (РРI2, PPI4)

Многие белки, экспрессирующиеся в матке, первоначально были описаны как плацентарные протеины, потом выяснилось, что их выделение из плацентарной ткани вызвано децидуальной контаминацией образцов. РРI2, сегодня известный как ИФР-связывающий протеин-1 (ИФР-СП-1), и PPI4, сегодня называемый гликоделин, являются двумя основными белковыми продуктами эндометрия. ИФР-СП1 образуется в строме и децидуа и играет роль в регуляции плацентарной инвазии. Гликоделин – белок. Секретируемый железистым эпителием, он может играть роль иммуномодулятора и блокировать взаимодействие сперматозоидов и яйцеклетки после окна имплантации.

Интегрины и другие молекулы клеточной адгезии

До последнего времени наиболее изученными маркерами рецептивности эндометрия были интегрины. Как во всякой другой ткани, существуют интегрины, выполняющие связующую роль между клетками и экспрессирующиеся постоянно. В эндометрии это следующие интегрины: альфа2бета1, альфа3бета1, альфа6бета1 и альфа6бета4, а также стромальный рецептор фибронектина альфа5бета1. Кроме того, имеется несколько интегринов, чья экспрессия зависит от фазы менструального цикла. Паттерн экспрессии альфа1бета1 (рецептор коллагена), альфа4бета1 (рецептор фибронектина) и альфабета3 (рецептор витронектина) представлен на рис.2: совместная экспрессия всех трех интегринов происходит только в течение окна имплантации (20-24 дни менструального цикла).

Ранее мы продемонстрировали, что отсрочивание экспресии альфабета3 коррелирует с дефектами лютеиновой фазы и может приводить к нарушениям репродукции в различных клинических проявлениях. Однако противоречивые результаты исследований позволяют отвести интегринам лишь дополнительную роль в регуляции рецептивности эндометрия, и делать вывод о состоянии рецептивности исключительно по уровням интегринов – неправильно.

При необъяснимом бесплодии наблюдаются нарушения экспрессии интегринов. Кроме обнаруженнной ранее корреляции с дефектами лютеиновой фазы, мы выявили взаимосвязь отсрочивания или полного прекращения экспрессии альфабета3 с эндометриозом, СПКЯ, гидросальпинксом и патологией труб. Каждый из этих диагнозов ассоциирован с низким уровнем имплантации в процессе ВРТ. Использование подобного молекулярного маркера позволит отобрать пациентов с более благоприятным ожидаемым результатом ВРТ.

У животных экспрессия интегринов наблюдается на 2 недель дольше, чем у человека – она продолжается после прикрепления эмбриона, но до инвазии плаценты.

Другие молекулы клеточной адгезии также могут играть важную роль в процессе имплантации. Раньше маркером рецептивности эндометрия считался альфа6бета4 интегрин, но недавние исследования показали, что его экспрессия постоянна и не меняется в зависимости от фазы цикла и окна имплантации, поэтому его использование в качестве маркера рецептивности бесполезно.

Другие факторы, могущие рассматриваться в качестве маркеров рецептивности

Кальцитонин – это гормон, вовлеченный в регуляцию кальциевого гомеостаза и традиционно рассматривающийся как продукт щитовидной железы. Факт производства кальцитонина рецептивным эндометрием у крыс многих удивил. Эндометрий мышей не продуцирует кальцитонин. У человека эндометриальный кальцитонин экспрессируется во время окна имплантации – между 20 и 24 днем цикла и возможно осуществляет паракринную регуляцию развития эмбриона.

Гепарин-связывающий эпидермальный фактор роста (ГС-ЭФР) является одной из многих ЭФР-подобных молекул, экспрессируемых близко к окну имплантации, он экспрессируется в эндометрии человека непосhественно перед этим окном. ГС-ЭФР состоит из секретируемой и мембрано-связанной форм. Мембрано-связанная форма связывается с эмбриональным ЭФР-рецептором Erb-4 и способствует прикреплению и дифференцировке эмбриона. Добавление ГС-ЭФР улучшает качество человеческих эмбрионов в цикле ВРТ и может являться паракринным фактором, стимулирующим другие маркеры рецептивности в человеческом эндометрии.

Имеется несколько факторов, которые, основываясь на результатах исследования мутантных мышей, можно считать жизненно необходимыми для имплантации. 2 из них являются продуктами транскрипции генов Hoxa10 и 11. Оба экспрессируются в эндометрии в циклическом режиме, у мутантов, не имеющих этих факторов, имплантация нарушена. У человека оба фактора экспрессируются во время окна имплантации, и недостаток обоих наблюдается при различных видах бесплодия. Многие считают эти факторы основными регуляторами, влияющими на синтез остальных факторов рецептивности эндометрия.

Рецептор к прогестерону (ПР) – фактор, широко изучающийся в контексте рецептивности эндометрия. В нормальном цикле эндометрий экспрессирует ПР во время пролиферативной фазы, и наблюдается снижение экспрессии в середине лютеиновой фазы. Это подавление экспрессии эпителиального ПР во время имплантации – постоянная находка у млекопитающих, описанная у многих видов – от овец до мышей. Мы считаем, что подавление экспрессии эпителиального ПР позволяет переключить регуляцию с системной (яичниковыми стероидами) на паракринную (продуктами стромы эндометрия). Персистенция ПР при неадекватной лютеиновой фазе сочетается с потерей других маркеров рецептивности. Коррекция этого дефекта приводит к восстановлению нормального паттерна экспрессии других белков (рис. 3).

См. также другие переводы, научные статьи, обзоры, диссертации и полезные ссылки в разделе "Врачам"