МІКРОХИМЕРИЗМ: ПОДОРОЖІ КЛІТИН ВІД МАТЕРІ ДО ДИТИНИ ТА НАЗАД

До вашої уваги – ще один матеріал від авторів науково-популярного порталу «Моя наука» у нашій новій рубриці «Дивовижний світ науки». Портал створений для того, щоб з'являлося більше зрозумілих та якісних текстів українською мовою про наукові досягнення та відкриття, про українських дослідників. Тому й автори цієї рубрики – українські науковці у галузі біології та медицини.

Тарас Верещак, портал «Моя наука» my.science.ua

Як би дивно це не звучало, але наш організм – це не лише «ми». Це, можливо, також наші матері, їхні рідні брати та сестри, наші старші брати і сестри, а також навіть наші бабусі. Така ідея висловлюється у новому огляді в Nature Reviews Immunology¹. “Immunological implications of pregnancy-induced microchimerism”. Ця ідея з’явилася при розгляді можливих фізіологічних функцій і наслідків такого явища, як мікрохимеризм, викликаний вагітністю.

Химеризм – біологічне явище, при якому один організм складається з генетично відмінних клітин, що походять з різних зигот. Легко навести приклади у рослин, такі, як поширені прищепні сорти фруктових дерев. Люди та інші тварини також можуть бути химерами. Цьому, наприклад, посприяли і самі люди, коли дослідили та запровадили трансплантацію в медицині, але є й природні шляхи появи химеризму – злиття двох зигот, обмін клітинами через судинні анастомози у дизиготних близнюків. Це явище може призводити до того, що організм містить різні гамети залежно від того, з яких клітин вони розвиваються, а також, наприклад, дві групи крові одночасно. Існує також ще один вид химеризму, що поширений у плацентарних ссавців, зокрема у людини – мікрохимеризм. Так називають явище, коли в одному організмі знаходиться дуже мала кількість генетично відмінних клітин, що походять з іншого організму.

Вагітність потребує особливого налаштування імунної системи як матері, так і плода, адже вони є імунологічно чужорідними одне одному через наявність у плода антигенів батька, а у матері – неуспадкованих материнських антигенів (НМА). Науковцям досить детально відомі місцеві механізми, які забезпечують імунну толерантність: здатність клітин плаценти виділяти імуносупресивні речовини (наприклад, нейрокінін Б), експресія специфічних молекул головного комплексу гістосумісності 1 типу, утворення синцитію. Але системні зміни в імунній системі матері, наявність яких підтверджується зменшенням проявів вже наявних аутоімунних хвороб (ревматоїдний артрит, розсіяний склероз) під час вагітності, ще не повністю зрозумілі. Для пояснення цих змін, автори вищезгаданої роботи дослідили й підсумували наявні дослідження, що вивчали вплив мікрохимеризму на вагітність.

Кожна особа – химера

В останні 20 років з’явилося підтвердження того, що мати під час вагітності обмінюється з плодом клітинами. Ці клітини лишаються в організмі матері і дитини ще довгий час, десятки років. Згідно з сучасними уявленнями, наявність мікрохимеризму внаслідок вагітності не є випадковою чи патологічною, а відіграє певну фізіологічну й пристосувальну функцію для обох – матері та плода. На невипадковість цього явища вказує також його еволюційна консервативність: мікрохимеризм, викликаний вагітністю, підтверджений у мишей та резус макак, і певно, існує у всіх видів плацентарних тварин.

Знаходити й описувати мікрохимерні клітини почали ще у 1990-х роках. Але можливі фізіологічні механізми і наслідки лише почали досліджувати.

Для пошуку цих клітин зараз існує три методи, кожен з яких має свої недоліки та переваги:

1. Ампліфікація специфічних ділянок ДНК за допомогою полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР). За допомогою цього методу можна ідентифікувати гени Y-хромосоми для пошуку мікрохимерних клітин плоду чоловічої статі у матері, специфічні послідовності генів головного комплексу гістосумісності (MHC) чи резус-фактору, інші генетичні поліморфізми. Але головним недоліком є те, що результат буде свідчити лише про наявність чужорідної ДНК, але не про наявність цілих клітин. Похибку в результати такого дослідження може давати вільна ДНК плоду, що циркулює в крові матері та вже зараз використовується для пренатальної діагностики.
2. FISH (флуоресцентна гібридизація in situ) дозволяє знаходити мікрохимерні клітини плоду з Y-хромосомою у матері, або мікрохимерні клітини матері з двома X-хромосомами у осіб чоловічої статі. І тут головним недоліком є те, що неможливо дізнатися, чи були ці клітини живими і функціональними. Також FISH має обмежений арсенал мішеней.
3. Проточна цитометрія дозволяє знайти і відібрати для інших маніпуляцій живі неушкоджені клітини за специфічними маркерами, що відрізняються у кожного індивіда, наприклад, унікальні молекули комплексу гістосумісності. Але порівняно з двома попередніми методами, цей має значно нижчу специфічність. Виходом з цієї ситуації вбачається наступне підтвердження результатів за допомогою ПЛР.

Кількість фетальних мікрохимерних клітин (ФМК) у тілі матері поступово зростає, починаючи з 7 тижня гестації, коли їх можна вперше ідентифікувати, і до народження дитини, досягаючи пікового значення, коли в крові матері можна виявити більш ніж 100 клітин плода на мілілітр. Знаходять їх майже всюди: у мозку, серці, селезінці, нирках, легенях, шкірі, тимусі, кістковому мозку, наднирниках, лімфатичних вузлах, кишківнику, матці, шийці матки, крові. Поки не ясно, які саме клітини переважно стають мікрохимерними і  проходять через плаценту, але серед описаних клітинних фенотипів є гематопоетичні стовбурові клітини, недиференційовані та тканиноспецифічні клітини. Наявність певної кількості мікрохимерних клітин, що несуть чужорідні матері антигени, ймовірно, забезпечує системні зміни імунної системи матері для підтримки толерантності до плоду.

Динаміка заселення клітинами плода корелює із збільшенням кількості і системним розселенням популяції CD4+ FOXP3+ регуляторних Т-лімфоцитів (Тreg), що мають імуносупресивні властивості й відіграють значну роль у підтримці толерантності до власних клітин та контролі за іммунною відповіддю. На важливість Тreg популяції клітин для нормального протікання вагітності вказує той експериментальний факт, що при штучному зниженні кількості або блокуванні активності Тreg клітин, збільшується частота внутрішньоутробної загибелі плода і спонтаних абортів у лабораторних тварин. Блокування цілої лінії диференціації стовбурових клітин у Тreg також призводить до внутрішньоутробної смерті.

У людей описаний звя’зок зниження системного розповсюдження Тreg клітин з розвитком ускладнень вагітності – прееклампсії і спонтанного аборту.

Імунологічні зміни у матері, перш за все, зачіпають специфічні до плоду CD8+ клітини, які зазнають клональної делеції, в той же час специфічні до плоду CD4+ клітини переважно стають на шлях диференціації у Тreg клітини за допомогою посилення експресії білка FOXP3, що є маркером даної лінії.

Важливий для переключення на експресію FOXP3 енхансер CNS1, некодуюча регуляторна ділянка ДНК, що активує транскрипцію – дуже консервативний серед плацентарних, відсутній у качкодзьобів та інших яйцекладних ссавців.  Це може свідчити про те, що здатність до живонародження і Тreg дифференціації еволюціонували спільно.

У плода все майже дзеркально: материнські мікрохимерні клітини (ММК) знаходять з другого триместру вагітності, так само вектор диференціації лімфоцитів перемикається вбік CD4+ FOXP3+ Тreg. Адже адаптивна імунна система плоду вже здатна до специфічної відповіді, тому Тreg так само відповідає за вироблення толерантності до неуспадкованих материнських антигенів (НМА), джерелом яких вважають ММК.

Цікавим також є те, що розповсюдження ММК йде паралельно з розвитком тимусу й периферичних органів лімфатичної системи у плоду.

Індукція імунної толерантності, ймовірно, не є єдиною функцією ММК, адже така вертикальна передача клітин відбувається й у видів, адаптивна імунна система яких не розвивається до народження.

Важливими питаннями є те, чому мікрохимерні клітини лишаються в тілі матері та її дитини такий довгий час після народження, і чи є в них якась функція. Описані цікаві випадки постнатальної НМА-специфічної толерантності, такі як зниження сенситизації до Rh фактору у Rh- жінок, народжених від Rh+ матерей.

Довготривале приживання трансплантованої нирки значно покращується, якщо антигени донора мають збіг з НМА реципієнта, важкість відповіді трансплантат-проти-хазяїна після алотрансплантації кісткового мозку також знижується, якщо антигени донора співпадають також і з НМА. Можливе пояснення таких явищ таке, що підтримка імунної толерантності спостерігається і в постнатальному періоді і навіть на десятки років вперед. Толерантність забезпечується НМА-специфічною популяцією Тreg лімфоцитів, пул яких, в свою чергу, підтримується за допомогою ММК. Штучне зниження кількості ММК призводить до швидкого зменшення популяціїї Тreg.

Пояснення, чому це явище досить поширене серед плацентарних і які його можливі пристосувальні функції, було знайдено при дослідженні вагітності у наступному поколінні мишей із виявленими ММК. Імовірність спонтанного аборту індукованого інфекцією бактерії Listeria monocytogenes, або зменшенням пулу CD4+ FOXP3+ Тreg,  зменшувалася, якщо батьком був самець, антигени якого співпадають з НМА самки, тобто НМА-специфічні Тreg лімфоцити матері, кількість яких зросла під дією ММК, також мали специфічність до антигенів батька, що й збільшувало рівень толерантності та імовірність нормальної вагітності.

Таким чином, пул мікрохимерних клітин, що знаходиться довгий час після народження у тілі дитини, може підвищувати вірогідність успішної вагітності у неї в майбутньому.

Збереження фетальних мікрохимерних клітин у тілі матері (описано випадок виділення ДНК Y-хромосоми з крові жінки через 27 років після народження сина) може пояснити факт переваги одного партнера для наступних вагітностей. Кількість ускладнень вагітності зменшується при другій вагітності, якщо батьком є той же партнер, через зростання рівня толерантності до його антигенів з кожною наступною вагітністю. Якщо батьком є новий партнер, то цей ефект нівелюється.

Хороші, погані, химерні

Але, як будь який фізіологічний процес, конститутивний мікрохимеризм має також інший бік медалі – може призводити до патологічних станів. Щодо впливу конститутивного мікрохимеризму на здоров’я, дані лишаються спекулятивними, адже є ті, які кажуть про можливий протективний ефект мікрохимерних клітин, і ті, що вказують на них, як на учасника патогенезу, при одних і тих самих захворюваннях.

Наявність пулу фетальних мікрохимерних клітин (ФМК) у жінок пов’язують з розвитком аутоімунних та ідіопатичних запальних захворювань, за умови, якщо вони провокують неправильну імунну відповідь. У жінок репродуктивного віку знаходять підвищену кількість фетальних мікрохимерних клітин у крові, або органах, що є мішенню аутоімунної відповіді. В той же час, епідеміологічні дані свідчать про те, що ризик розвитку аутоімунних захворювань знижується при збільшенні кількості вагітностей.

Ще більше захоплення викликають дані, що показують як ФМК, що мають мультипотентність, заміщують пошкоджені материнські тканини в умовах моделювання захворювань у лабораторних тварин – міокард після інфаркту, нейрони при хворобі Паркінсона та після інсульту, бета-клітини при діабеті. Більше того, ФМК, які знаходяться в молочних залозах, стимулюють лактацію, а в мозку можуть підвищувати увагу матері до дитини.

У плода підвищений рівень ММК знаходять при дерматоміозиті, діабеті 1-го типу, склеродермії. І майже дзеркально, є дані про можливість ММК заміщувати пошкоджені тканини дитини – бета-клітини підшлункової залози при діабеті 1 типу, кардіоміоцити при вовчаковій вродженій кардіоміопатії.

Можливий також вплив ММК на розвиток імунної системи дитини, бо розсіювання ММК у лімфоїдні органи плода співпадає просторово й у часі з критичними етапами розвитку його імунної системи, допомагаючи у постнатальній експозиції до патогенів і заселенню організму мікробіотою, чому допомагає вже створений пул Тreg, які блокують надмірну імунну відповідь.

Кількість ММК у плода також залежить від таких факторів, як хірургічні втручання in utero, травматичні ураження чи інфекційні захворювання матері.

Поки не вистачає опису закономірностей розподілу мікрохимерних клітин у тілі матері й дитини та їх фенотипових характеристик, щоб пояснити всі їх фізіологічні й патологічні впливи на організм, тож нам лишається чекати, або ж долучатись до створення нових валідних моделей для вивчення цих явищ і підтвердження провокативних гіпотез.

На завершення

Розвивається теорія розширення імунологічної ідентичності за межі «своє–чуже», адже пул мікрохимерних клітин може бути дуже мобільний.

Наприклад, Y-хромосомну ДНК з високою частотою знаходили у крові дівчат підліткового віку в разі, якщо вони мали рідного старшого брата. Тобто мікрохимерні клітини потрапляли спочату в тіло матері, а згодом до наступної дитини!

Низка дослідників мають екстравагантну думку про можливу передачу мікрохимерних клітин через покоління, для цього навіть розроблена методика датування синтезу ДНК за кількістю ізотопу 14С. Сукупність цих мікрохимерних клітин називають «мікрохіомом» (за аналогією до мікробіому) для описання цієї розширеної до певних антигенів, що спільні для близьких родичів, імунологічної ідентичності. Але ця теорія ще чекає на своє підтвердження.

Сучасна наука пропонує складне та захопливе описання вагітності, взаємодії матері і дитини, функції плаценти².

Сучасні дані підтверджують або спростовують велику кількість різноманітних гіпотез, складаючись у незвичайні та неочікувані структуровані пояснення раніше незрозумілих явищ, відкриваючи нові підходи до лікування хвороб, покращення якості життя, появи нових технологій. «О, який чудесний світ новий».

Перелік літератури знаходиться у редакції.

1 Kinder JM, Stelzer IA, Arck PC, Way SS. Immunological implications of pregnancy-induced microchimerism. Nat Rev Immunol. 2017 Aug;17(8):483-494. doi:10.1038/nri.2017.38.

2. А почитати про них детальніше можна у цих чудових статтях: Ritzel RM et al., PNAS. 2017, doi:10.1073/pnas.1607002114; Guettier C et al, Hepatology. 2005, PMID:15962317; Boddy AM et al, Bioessays. 2015, doi:10.1002/bies.201500059.