В чем его биологический смысл?

«Человек ничего не творит заново, чего бы уже не было в природе в скрытом или потенциальном виде»

Сергей Булгаков

Микрохимеризмом называется наличие в организме млекопитающих клеток, которые генетически отличаются от клеток хозяина-носителя.

Парадокс микрохимеризма заключается в том, что такие чужеродные клетки не уничтожаются иммунной системой и способны выживать в иммунологически агрессивной среде длительное время.

В зависимости от источника чужеродных клеток различают следующие виды микрохимеризма:

  • фетальный (миграция клеток плода в организм матери);
  • материнский (миграция материнских клеток в организм плода);
  • микрохимеризм близнецов (обмен клетками между близнецами);
  • переход из кровотока матери в организм плода клеток от предыдущих беременностей;
  • трансплантационный микрохимеризм (как правило, в результате гемотрансфузий);
  • обмен клетками между супругами.

С явлением микрохимеризма связан ряд интересных казусных случаев. В США женщине с хронической почечной недостаточностью нужен был донор почки. Как обычно в таких случаях, обратились за помощью к родственникам. Трое сыновей этой пациентки были согласны стать донорами… Но… генетический анализ показал, что двое из них не являются родственниками собственной матери! Позже ученые выяснили, что у этой женщины была сестра-близнец (не сиблинг), которая на ранней фазе эмбрионального развития слилась с выжившим зародышем. То есть, пациентка оказалась химерой, в ее организме сосуществовали клетки с совершенно разными наборами генов...

Подобный случай произошел с другой женщиной, которая после развода предъявила иск бывшему супругу на выплату алиментов. Оказалось, что она не только не является матерью двух общих с бывшим мужем детей, но и не имеет никакого отношения к третьему ребенку, которым она в момент обследования была беременна!  Понять, что в данном случае имел место микрохимеризм разнояйцевых близнецов, удалось с помощью анализа ДНК волос – на голове и лобке волосы женщины содержали совершенно разный генетический материал...

Наибольший интерес представляет фетальный микрохимеризм, который появляется уже на 4-й неделе беременности, и количество клеток плода в организме матери прогрессивно возрастает вплоть до родов. Спустя десятилетия клетки плода обнаруживаются во многих органах матери, в том числе, и в головном мозге… Но хорошо известно, что обычная зрелая клетка способна делиться 40–50 раз, после чего она погибает (лимит Хейфлика). Со временем гибнет любая клетка любой ткани или органа, но не стволовая клетка! Стволовые клетки способны к делению и самосохранению, так как их деление ассиметрично – одна клетка становится специализированной и со временем стареет и умирает, но другая остается стволовой и живет гораздо дольше…

Следовательно, клетки плода, выживающие в организме матери длительное время, являются стволовыми клетками!

Это порождает множество вопросов, среди которых важнейшими являются вопросы о том, как выживают эти клетки среди клеток иммунной системы матери, и как эти клетки могут влиять на материнский организм?

Практикующим врачам хорошо известно, что во время беременности и некоторое время после нее у женщин с аутоиммунными заболеваниями наступает стойкая ремиссия – симптомы болезни полностью отсутствуют!

О подобных изменениях клинической динамики ревматоидного артрита писал нобелевский лауреат Филип Хенч (Philip S. Hench). Причем, было доказано, что чем выше степень фетального микрохимеризма, тем лучше чувствует себя больная ревматоидным артритом во время беременности…

Каков же механизм данных изменений, и почему организм беременной не отторгает плод, который, по сути, является «трансплантатом» с чужеродным набором антигенов?

В 2002 году мы представили результаты экспериментов о том, что фетальные стволовые клетки способны индуцировать иммунологическую толерантность – к самим себе и к чужеродным тканям, которые были введены в организм животных одновременно или немного позже введения фетальных стволовых клеток. Тогда, по сути, мы моделировали на животных фетальный микрохимеризм. По результатам этих исследований был получен патент1.

В чем была суть этих экспериментов? У беременной самки мыши (крысы, кролика) забирали фетальный материал, выделяли из него фетальные стволовые клетки и вводили другим лабораторным животным, которым одновременно или через 7–14 дней трансплантировали аллогенные или ксеногенные ткани (кожу, селезенку и другие органы). И эти органы не отторгались…

В рабочей гипотезе мы исходили из того, что особенность структурно-функциональной организации иммунной системы (как и системы крови) заключается в динамической совокупности клеток-предшественников, фиксированных на строме органов (тимус, селезенка, лимфоузлы, костный мозг), и дифференцированных клеток-эффекторов, которые выполняют свои функции за пределами специализированных органов этой системы (Т- и В-лимфоциты).

Такая особенность структурно-функционального устройства системы крови приводит к появлению так называемого «химеризма крови», когда в организме иммунологически ослабленного реципиента после трансплантации аллогенного костного мозга одновременно сосуществуют эритроциты, антигены которых относятся к разным групам. То есть, у пациента обнаруживается не одна, а две группы крови!

Продолжительность такого химеризма достигает 90–420 дней (Зотиков Е. А. Карл Ландштейнер и его наследие//Гематология и трансфузиология. – 2001. – Т.46, №5. – С.25-27.)/

Известно, что иммунологическая толерантность к собственным антигенам устанавливается в процессе онтогенеза по механизмам позитивной и негативной селекции Т-лимфоцитов в тимусе.

Для индукции центральной иммунологической толерантности необходимым условием является не только наличие у тимоцитов сродства рецепторов с молекулами главного комплекса гистосовместимости, но и контакт дозревающих в тимусе Т-лимфоцитов с антигенами собственных тканей, экспрессироваными на эпителиальных, дендритных и интердитальных клетках тимуса (Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология./Пер. с англ. В. И. Кандрора, А. Н. Маца, Л. А. Певницкого, М. А. Серовой. – М.: Мир, 2000. – 592 с.).

«Загрузка» тимуса собственным антигенным материалом происходит в процессе эмбриогенеза, после чего образуются структуры гемато-тимического барьера (Хлыстова З. С. Становление системы иммуногенеза плода человека/АМН СССР. – М.: Медицина, 1987. – 256 с.).

У человека гемато-тимический барьер формируется еще в период внутриутробного развития плода, а у грызунов – через 5 дней после рождения. Нужно отметить, что у крыс центральную иммунологическую толерантность можно индуцировать путем введения чужеродного антигена в течение первых пяти дней неонатального периода (Вершигора А. Е. Общая иммунология. – К.: Вища школа, 1989. – 736 с.; Anderssen C., Stocker E., Klinz F. J. et al. Nestin-specific green fluorescent protein expression in embryonic stem cell-derived neural precursor cells used for transplantation//Stem Cells. – 2001. – Vol. 19. – P.419-424.).

Таким образом, для реализации механизма перезагрузки системы контроля антигенного гомеостаза взрослого организма (индукции центральной иммунологической толерантности) необходима интеграция фетальных стволовых клеток с клетками тимуса, которые расположены забарьерно. Вторым необходимым условием является повышение проницаемости гемато-тимического барьера для аллогенного пептидного материала.

Результаты наших исследований показали, что уже через 1 час после внутривенного и через 1,5 часа после внутрибрюшинного введения фетальных стволовых клеток, мембраны которых были окрашены зеленым красителем РКН 67, меченные клетки обнаруживаются среди клеток тимуса крысы-реципиента (рис. 1).

Кроме того, РКН67-позитивные клетки локализовались в лимфоузлах, селезенке и костном мозге.

Важность полученного факта состоит в том, что наличие фетальных стволовых клеток в тимусе уже через 1 час после их внутривенного введения свидетельствует об их способности преодолевать гемато-тимический барьер. В дальнейшем дифференцировка фетальных стволовых клеток определяется исключительно их микроокружением (Takatsugu Y., Masahide Y., Seiji K., Yoko K., Yoshiyuki N., Shigeaki I., Yukio T. In vitro differentiation of embryonic stem cells into hepatocyte-like cells identified by cellular uptake of indocyanine green//Stem Cells. – 2002. – Vol. 20. – P.146-154), в данном случае – тимусным микроокружением, и в первую очередь, стромальным (Bianco P., Riminucci M., Gronthos S., Robey P.G. Bone marrow stromal stem cells: nature, biology and potential applications//Stem Cells. – 2001. – Vol. 19. – P. 180-192).

В тимусе дифференцировка фетальных стволовых клеток в эпителиальные, интердигитальные и дендритные клетки на фоне алоантигенной загрузки тимуса приводит к экспресии алоантигенов (в наших исследованиях – кожи и селезенки), которые включаются в процесс негативной селекции Т-лимфоцитов. Одновременно на образованных de novo клетках тимуса экспрессируются молекулы главного комплекса гистосовместимости І и ІІ классов, которые генетически детерминированы в фетальных стволовых клетках (рис. 2).

Создается ситуация, подобная иммунологической толерантности тетраплоидных гермафродитов к антигенам их родителей, – в организме реципиента фетальных стволовых клеток устанавливается двойной стандарт молекул гистосовместимости… Известно, что тетрапарентальные аллофенные мыши-химеры обладают молекулами гистосовместимости обеих родительских линий и не отторгают пересаженные им органы как отца, так и матери (Вершигора А. Е. Общая иммунология. – К.: Вища школа, 1989. – 736 с.).

Отторжения чужеродных органов не наблюдалось и в наших экспериментах – после введения фетальных стволовых клеток пересаженная аллогенная селезенка благополучно приживалась (рис. 3).

Таким образом, биологический смысл фетального микрохимеризма заключается в индукции центральной иммунологической толерантности к антигенам плода, что и обеспечивает отсутствуеие иммунологического конфликта мать-плод при нормальной беременности.

Вопросы микрохимеризма вообще и фетального микрохимеризма в частности, весьма обширны и интересны… Об этом – в следующих статьях…

  1. Патент МПК A 61 K 38/18. C 12 N 5/06. «Спосіб переінсталяції системи контролю антигенного гомеостазу організму ссавців (ефект Кухарчука–Радченка–Сірмана). Винахід відноситься до галузі медицини та біології і може бути використаним при ало- і ксенотрансплантації органів і тканин, у лікуванні автоімунних хвороб (гломерулонефрит, ревматоїдний артрит, хронічний активний гепатит та ін.); дегенеративних нервових хвороб, де аутоімунний процес відіграє роль основної патогенетичної ланки (хвороба Альцгеймера, розсіяний склероз, АЛС та ін.); імунного безпліддя; інфаркту міокарда; інсульту; хвороби Паркінсона; гіпо- та апластичних анемій; імунного невиношування вагітності; ендокринних захворювань, пов’язаних з гіпофункцією залоз внутрішньої секреції, в тому числі й цукрового діабету; різних форм остеопорозу; клімаксу жіночого і чоловічого; променевої хвороби та інших захворювань різної етіології»