The role of placental macrophages in physiological pregnancy and preeclampsia

Преэклампсия (ПЭ) – это мультисистемное гестационное осложнение, которое является ведущей причиной материнской и перинатальной заболеваемости и смертности [1]. Ежегодно публикуются сотни исследований, посвященных изучению ПЭ в клинике, а также на клеточных и животных моделях [2, 3]. Однако научное сообщество все еще задается вопросом: каковы основные причины ПЭ и можно ли предсказать и предотвратить развитие этого порой жизнеугрожающего расстройства беременности?

Согласно современной концепции, ПЭ – это многофакторный синдром, а не изолированное заболевание. ПЭ возникает во второй половине беременности (после 20-й недели) и характеризуется артериальной гипертензией в сочетании с протеинурией (≥0,3 г/л в суточной моче) и/или проявлениями полиорганной или мультисистемной дисфункции [4]. Частота ПЭ зависит от географического места проживания и среднем составляет 8% [5]. ПЭ ассоциируется с недостаточной плацентацией, что, как считается, связано с нарушением ремоделирования спиральных артерий миометрия. ПЭ характеризуется системной иммунной активацией, связанной с повышенным уровнем воспалительных цитокинов, продуцируемых различными типами клеток крови и тканей [6].

Сегодня накоплено большое количество данных, свидетельствующих о том, что дисфункция иммунного ответа в организме матери при ПЭ выражается, в том числе, в изменении функциональной активности моноцитарно-макрофагальной системы, наиболее важной единицы врожденного иммунитета [7]. Причиной дефектной плацентации, лежащей в основе ПЭ, может быть нарушение функционирования плацентарных иммунных клеток, например, макрофагов. Макрофаги являются одним из основных клеточных компонентов децидуальной оболочки, материнской составляющей плаценты. В зависимости от своего функционального состояния макрофаги могут, как стимулировать, так и подавлять воспаление, ангиогенез, пролиферацию соседних клеток. Согласно концепции бинарной поляризации, существуют два состояния макрофагов: классически активированные макрофаги (М1) продуцируют провоспалительные цитокины и активные формы кислорода/азота. Другой тип макрофагов (М2) продуцируют противовоспалительные цитокины и участвуют в устранении воспаления (таблица) [8]. Показано также, что внутри последней популяции в зависимости от сигналов микроокружения могут формироваться четыре подтипа, различающиеся по выполняемым функциям и фенотипу [9]. Активированные IL-4 и IL-13 М2а – макрофаги, также известные как рано-заживляющие макрофаги, обладают повышенной эндоцитозной активностью и обеспечивают восстановление тканей, секретируют профибротические факторы, такие как TGF-β, инсулиноподобный фактор роста (IGF) и фибронектин [10, 11]. Для фенотипа характерна высокая экспрессия на поверхности клеток маннозного рецептора – CD206 [9]. M2b – макрофаги известные как регуляторные макрофаги – поляризуются в ответ на стимуляцию толл-подобных рецепторов (TLR) и могут секретировать как провоспалительные цитокины (IL-1β, IL-6 и фактор некроза опухоли (TNF)-α), так и противовоспалительный IL-10 [12]. Ведущая роль фагоцитоза апоптотических клеток принадлежит субпопуляции M2с. В ответ на воздействие глюкокортикоидов они начинают секретировать IL-10, TGF-β, хемокины CCL16 и CCL18. Для M2d макрофагов показано участие в прогрессировании опухолей и ангиогенезе, благодаря способности выделять IL-10 и фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) [9].

На сегодняшний день накоплен массив данных о выраженном провоспалительном фенотипе макрофагов плодной части плаценты и его вкладе в патогенез заболевания, однако данных о состоянии макрофагов децидуальной оболочки мало. При ПЭ децидуальная мембрана материнская часть плаценты, которая обычно поддерживает иммунологическую толерантность материнского организма к полуаллогенному плоду, становится местом воспаления.

В контексте любого осложнения беременности плацентарные макрофаги следует рассматривать как две популяции: клетки Кащенко–Хофбауэра плодной части плаценты и децидуальные макрофаги мате­ринской плацентарной части [13, 14]. Обратившись к ключевым дифференциальным маркерам макрофагов, в данном обзоре мы попытались суммировать со­временные данные о функционировании моноцит-макрофагальной системы при физиологической беременности и при ПЭ.

Макрофаги при беременности

Макрофагам принадлежит ключевая роль в поддержании тканевого гомеостаза, в регуляции процессов воспаления и репарации. В соответствии с современными представлениями тканевые макрофаги в онтогенезе млекопитающих развиваются из трех генераций гемопоэтических стволовых клеток [15, 16]. Первая генерация возникает в стенке желточного мешка; предполагают, что из этих первых прогениторных гемопоэтических клеток развивается микроглия центральной нервной системы (ЦНС) [17]. Второй источник гемопоэтических клеток – эритро-миелоидные прогениторные клетки, формируются из гемогенного эндотелия капилляров желточного мешка и заселяют печень зародыша. Из мезенхимальных стволовых клеток желточного мешка могут дифференцироваться резидентные макрофаги плаценты – клетки Кащенко–Хофбауэра [18–21]. Третья генерация развивается из гемогенного эндотелия аорто-гонадо-мезонефральной зоны, и далее мигрируют в печень и красный костный мозг. Макрофаги данной генерации также заселяют практически все органы зародыша, за исключением ЦНС [22] и становятся вторым источником клеток Кащенко–Хофбауэра [18, 19]. По немногочисленным результатам исследования онтогенеза децидуальных макрофагов показано, что они состоят как из эмбриональных макрофагов, так и являются потомками гематопоэтических предшественников из костного мозга [23].

Макрофаги способны очень быстро изменять свой фенотип и функцию под действием микроокружения и сигнальных молекул. Активация макрофагов (поляризация) in situ может быть направлена в сторону провоспалительных М1 макрофагов или противовоспалительных М2 макрофагов [24, 25], которые отличаются не только по экспрессии специфических маркеров, но и по своей роли в системном иммунном ответе и функциональной активности [26].

Макрофаги обнаружены во всех органах женской половой системы; при этом макрофаги способны реагировать на изменяющийся уровень эстрогенов и эстроген-связанных медиаторов и таким образом участвовать в поддержании гомеостаза органов женской половой системы в течение овариально-маточного цикла. Популяция макрофагов органов женской половой системы представлены как резидентными самоподдерживающимися макрофагами, представленными клетками Кащенко–Хофбауэра, заселившими органы в ходе пренатального развития, так и макрофагами, принадлежащими моноцитарному дифферону [27]. Самообновление тканевых резидентных макрофагов – вопрос, активно изучаемый многими группами исследователей. Существующие данные говорят о том, что данный процесс регулируется специфическим для линии фактором роста, макрофагально-колониестимулирующим фактором (CSF1), а также иммунными и эндокринными сигналами, такими как IL-4, IL-33, стероидные гормоны, среди которых важная роль принадлежит эстрогенам [28–32]. Также показано, что макрофаги могут вступать в клеточный цикл при активации MAPK/Akt пути окисленными липопротеинами низкой плотности (Ox-LDL) [33–35].

Эстрогены воздействуют на клетки посредством двух внутриклеточных эстрогеновых рецепторов ESR1 (ERα) и ESR2 (ERβ), а также через связанный с белком G рецептор эстрогена 1 (GPER1). Эстрогены оказывают множество эффектов на макрофаги. Предполагается, что эстрадиол может стимулировать пролиферацию макрофагов как напрямую, так и посредством других клеток, которые под влиянием эстрадиола вырабатывают митогены для макрофагов – эпидермальный фактор роста (EGF) и IGF-1 [27]. Даже в отсутствии медиаторов воспаления эстрогены вызывают экспрессию генов раннего и позднего ответа в макрофагах. В условиях воспаления эстрогены способствуют поляризации макрофагов в направлении М2-фенотипа, вызывают увеличение синтеза молекул, участвующих в ремоделировании межклеточного матрикса (протеазы, их ингибиторы) [36]. Эстрогены также способны регулировать фагоцитарную активность макрофагов в зависимости от преобладающих факторов активации: как усиливать, так и подавлять ее.

Макрофаги в эндометрии распределены неравномерно, их численность и плотность варьирует в зависимости от стадии менструального цикла. Во время стадии пролиферации макрофаги локализуются в строме поверхностного слоя эндометрия, окружая и проникая в просвет маточных желез. В фазе секреции количество макрофагов в эндометрии резко возрастает [37]. Показано, что количество CD14+ макрофагов увеличивается примерно на 45% [38]. В фазе пролиферации и начале секреции число макрофагов увеличивается за счет пролиферации резидентных макрофагов, в конце секреторной фазы отмечается миграция моноцитарных макрофагов в эндометрий. Предполагается, что в фазе десквамации (менструации) часть макрофагов мигрирует из эндометрия в лимфатические узлы или гибнет в результате апоптоза [39]. Несмотря на то, что у макрофагов обнаружены рецепторы к эстрогенам, считается что эстрогены непосредственно не вызывают хемотаксис макрофагов в эндометрий, это опосредовано цитокинами, которые выделяются другими клетками под воздействием меняющегося уровня эстрогенов [27].

Среди макрофагов эндометрия выделяют несколько популяций. Одна из них расположена ближе к поверхности эндометрия и, как предполагается, принимает участие в процессах десквамации и регенерации, другая популяция локализована, в основном, вокруг маточных желез [40]. В фазе пролиферации макрофаги эндометрия экспрессируют поверхностные белки (рецептор трансферрина (TFRC), CD69 и молекула клеточной адгезии 1 (ICAM-1)), факторы ремоделирования матрикса, цитокины и факторы роста, что подготавливает эндометрий к возможной имплантации или индуцирует его десквамацию [40].

Макрофаги и спиральные артерии

На начальных этапах беременности во время инвазии трофобласта и ремоделирования спиральных артерий децидуальные макрофаги локализуются вблизи них. Участие макрофагов в ремоделировании спиральных артерий подтверждается тем, что они выделяют множество факторов, участвующих в ангиогенезе и ремоделировании тканей [41, 42]. Среди факторов ангиогенеза, секретируемыми децидуальными макрофагами, обнаружены ангиогенин, фактор роста кератиноцитов, фактор роста фибробластов B, VEGF-A и ангиопоэтин -1, -2; к факторам ремоделирования, синтезируемыми децидуальными макрофагами, относят матриксные металлопротеиназы (MMP) -1, -2, -7, -9 и -10 [41]. Обнаружено, что децидуальные макрофаги, окружающие спиральные артерии, синтезируют на высоком уровне ММР-9 [43]. При этом у них обнаруживается высокая фагоцитарная активность, что, необходимо для поглощения клеток, гибнущих посредством апоптоза в ходе ремоделирования спиральных артерий и децидуальной оболочки. Считается, что удаление апоптотических клеток децидуальной оболочки предотвращает эндотелий от активации и адгезии к нему моноцитов [44].

Для ПЭ характерно накопление макрофагов вокруг спиральных артерий. Данный феномен связывают с развитием острого атероза, характеризующегося субэндотелиальным накоплением CD68 позитивных пенистых клеток [45, 46].

Эстрогены и преэклампсия

У женщин синтезируется несколько гормонов, относящихся к группе эстрогенов: эстрон, эстрадиол, эстриол и эстрон [47, 48]. Во время нормальной беременности в крови происходит постепенное повышение уровня эстрогенов в основном за счет увеличения концентрации эстрадиола [49]. В самом начале беременности эстрогены синтезируются желтым телом. Примерно с 9 недели гестации главным источником эстрадиола становится плацента, где продуцируется симпластотрофобластом [48], а также по некоторым данным, в меньшей степени клетками Кащенко–Хофбауэра [49, 50]. Синтез эстрогенов в плаценте зависит от функции надпочечников матери и плода, так как в самой плаценте отсутствует часть ключевых ферментов стероидогенеза [49].

Многими авторами предполагается, что эстрогены играют ключевую роль при развитии ПЭ, так как регулируют ангиогенез, вызывают вазодилятацию [47]. В большинстве исследований обнаружено снижение уровня эстрогенов в крови матери при ПЭ, однако таких исследований не так много [51–56]. При ПЭ разной степени тяжести отмечается снижение уровня эстрадиола как в крови беременных [52, 54, 57], так и в самой плаценте [58]. Концентрация эстрона и эстриола в плазме при тяжелой ПЭ по данным некоторых авторов также снижена [54], в других исследованиях такие изменения не были обнаружены [52, 59]. При этом имеются данные о сниженном уровне эстриола в плаценте [53].

Как уже было сказано выше, эстрогены стимулируют поляризацию макрофагов в направлении М2-фенотипа [36, 47, 60]. Поэтому резонно предположить, что наблюдаемое в условиях ПЭ снижение уровня эстрогенов может приводить к увеличению популяции М1-макрофагов, но, безусловно, этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Макрофаги плодной части плаценты при преэклампсии

Состав резидентных макрофагов как плодной, так и материнской частей плаценты при ПЭ не был предметом детального изучения. Возможно, это связано со сложностью сбора биоматериала и длительной процедурой выделения и фенотипирования клеток в отличие от легко получаемых образцов крови. Однако этот предмет требует всестороннего изучения.

Показано, что основной популяцией макрофагов, представленной в плодной части плаценты являются клетки Кащенко–Хофбауэра, которые обнаруживаются в строме ворсинок уже через 4 недели после зачатия и остаются на протяжении беременности [61, 62].

Так же, как и обычные макрофаги, клетки Кащенко–Хофбауэра довольно пластичны в зависимости от условий микроокружения [61]. Гетерогенные по антигенному составу и морфологии макрофаги плодной части плаценты при физиологической беременности наиболее близки к альтернативно поляризованным макрофагам – M2 макрофагам [13], что подтверждает анализ метилирования ДНК, проведенный Kim et al. [63]. В данном исследовании было показано, что характерные для М2 профиля гены – CCL2, CCL13, CCL14, CD209 и A2M гипометилированы, тогда как гены, характерные для M1 макрофагов, такие как TLR9, IL1B, IL12RB2, CD48 и FGR, – гиперметилированы.

Yang et al. показали, что уровень CD163+ клеток Кащенко–Хофбауэра (соответствующих М2 макрофагам) значимо снижается при ПЭ по сравнению с неосложненной беременностью [64]. В работе Tang et al. также наблюдалось уменьшение количества CD163+ клеток плодной части плаценты по сравнению с контролем [65]. Ма et al. наблюдали увеличение процента клеток, окрашенных CD11b-iNOS (М1 фенотип), и сопутствующее снижение процента клеток, меченных CD11b-Arg1 (М2 фенотип), в плодной части плаценты при ПЭ по сравнению с контрольными образцами [66].

При этом показано также, что при развитии тяжелой ПЭ начинают включаться компенсаторные механизмы. Было высказано предположение, что снижение экспрессии противовоспалительного белка Gal-1 при ранней ПЭ может быть связано с плацентарной дисфункцией, тогда как его избыточная экспрессия может быть компенсаторным механизмом для снижения воспаления при поздней ПЭ [67, 68]. Известно, что галектин-1 [67] снижает метаболизм NO и экспрессию iNOS (известных М1 маркеров), что приводит к формированию М2 фенотипа.

Przybyl et al. [69] показали, что экспрессия CD74 (HLA-DR антиген-ассоциированная инвариантная цепь), участвующего в презентации антигенов, подавляется на клетках Кащенко–Хофбауэра при развитии ПЭ. Авторы предположили, что это может приводить к изменению поляризации макрофагов от M2 к М1 фенотипу при данном заболевании. Стоит отметить, что при тяжелой ПЭ, осложненной HELLP синдромом, характерно общее повышение количества клеток Кащенко–Хофбауэра [70]. Evsen et al. при сравнении плацент группы с физиологической беременностью и беременности с ПЭ и HELLP синдромом было показано повышение количества клеток, позитивных по пан-макрофагальному маркеру CD68 [70].

Сдвиг баланса M2/M1 среди клеток Кащенко–Хофбауэра в сторону M1 в литературе объясняется высоким уровнем провоспалительных цитокинов и низким уровнем противовоспалительных цитокинов в плодной части плаценты при ПЭ [71].

Макрофаги материнской части при преэклампсии

Нужно отметить, что вопрос М1/М2 фенотипа макрофагов децидуальной оболочки практически не изучен, что указывает на актуальность данной тематики. Встречаются лишь единичные работы, посвященные этому вопросу или исследованию количества макрофагов децидуальной оболочки в целом.

Williams et al., а также Bürk et al. обнаружили снижение общего количества макрофагов в децидуальной оболочке при ПЭ по сравнению с контрольными группами [72, 73]. Такой вывод они сделали в связи со значимым снижением количества CD14+ клеток, соответствующих макрофагам моноцитарного происхождения. Эти данные противоречат результатам Milosevic-Stevanovic et al., которые наблюдали более высокое количество CD68+ децидуальных клеток в группе с ПЭ по сравнению с контролем [74]. СD68 является распространенным пан-макрофагальным маркером. В другом исследовании значительный рост числа CD68+ клеток как в плодной, так и в децидуальной частях плаценты наблюдался также в группе ПЭ по сравнению с контролем [75]. Очевидные несоответствия между исследованиями могут объясняться различиями в пробоподготовке (клеточные маркеры, марки антитела, способы обнаружение сигналов от антител и протоколы выделения клеток и др.) и в формировании исследуемых групп.

Что касается фенотипа макрофагов децидульной оболочки, то в одной из работ Schonkeren et al. обнаружили, что количество децидуальных клеток, дважды-положительных по маркерам СD163 и CD14, снижалось в плацентарных пробах, взятых от женщин с ПЭ [76], что свидетельствует о снижении количества М2 макрофагов. Нашей лабораторией также были получены собственные данные относительно фенотипа макрофагов [77]. Децидуальные клетки окрашивали на общие маркеры макрофагов (CD68, CD11b) и маркеры про- (CD86, CX3CR1) и противовоспалительного (CD206) фенотипа макрофагов. Согласно полученным результатам, содержание CD68+ клеток, а также клеток, положительных по маркерам CD11b и CD206, во всех группах было сходным, в то время как уровень CD86+ клеток был значимо выше в группе ранней ПЭ (p=0,02) по сравнению с контрольной группой. Доля клеток CX3CR1+ также была значимо выше в образцах группы ранней ПЭ по сравнению с контролем, что было подтверждено данными иммуногистохимического анализа. Эти результаты указывают на важную роль адекватного иммунного ответа децидуальной оболочки при ПЭ: мы получили выраженные признаки провоспалительного фенотипа макрофагов в децидуальной оболочке при ПЭ.

Заключение

ПЭ является одним из «больших акушерских синдромов», представляющих угрозу для жизни матери и ребенка. В течение нескольких десятилетий исследователи пытаются понять причины ПЭ, рассматривая патогенез заболевания с разных точек зрения. Важным аспектом развития ПЭ является реакция материнского врожденного иммунитета к различным провоспалительным молекулам, продуцируемым со стороны плаценты. При физиологической беременности материнский организм адаптируется к полуаллогенному плоду, однако при ПЭ наблюдается выраженный воспалительный процесс. Последствия этого процесса проявляются в том числе в измененном составе и поляризации плацентарных макрофагов (рисунок). Примеры, перечисленные в этом обзоре, показывают, что плацентарные макрофаги являются чрезвычайно важным типом клеток, участвующим в патогенезе ПЭ. Большие перспективы имеет возможное применение анализа фенотипа их предшественников – моноцитов крови – в качестве предикторов ПЭ и/или использование макрофагов как терапевтических агентов, на фенотип которых можно повлиять медикаментозно.