Гормональная регуляция тимической дифференцировки клеток при беременности (обзор)

Гормоны - это биологически активные соединения, которые синтезируются специализированными железами внутренней секреции и в минимальных количествах регулируют все жизненно важные процессы в организме. Важной особенностью гормонов является их сигнальная функция, позволяющая управлять обменом веществ, ростом, дифференцировкой, репродукцией и прочими важными функциями целостного многоклеточного организма [Ширшев, 2002], Наиболее интересным является гормональный контроль по отношению к клеткам иммунной системы, которые, как и другие органы и ткани, имеют специфические структуры -рецепторы, для принятия сигнала ОТ циркулирующих в крови гормонов.

Иммунная система, в свою очередь, предназна-

(С Орлова К. Г., Ширшев С. В., Некрасова И. К., Горбунова О. Л., Масленникова И JL Логанова О. А., 2016

чена для контроля генетического постоянства миллиардов клеток индивидуума, распознавая и уничтожая чужеродные (антигенные) клетки, микроорганизмы, вирусы и продукты их жизнедеятельности. Как любая сложноорганизованная система, иммунная имеет свою регуляцию, направленную как на активирование защитной функции. так и на ингибирование собственного иммунного ответа на чужеродные антигены. Баланс этой регуляции определяет будет ли чужеродный агент уничтожен или проигнорирован (иммунная толерантность).

Способность клеток иммунной системы распознавать чужеродность формируется в центральном органе иммунитета - тимусе, где происходит пролиферация, созревание и антигеннозависимая дифференцировка основных регуляторных и эффекторных субпопуляций Т-лимфоцитов [Яри л ин, 2010]. Пройдя этап тимической дифференцировки, лимфоциты мигрируют в периферическую кровь и пополняют периферический пул клеток [Ярилин, 2010]. Согласно современным представлениям, соотношение регуляторных и эффекторных субпопу-ляций Т-лимфоцитов периферической крови является ведущим механизмом контроля направленности развития иммунного ответа, а также формирования феномена иммунной толерантности, как при беременности, так и при опухолевом росте [Clark. Croitoni. 2001].

Беременность сопровождается стсроид-индуци-рованной инволюцией тимуса [Ярилин, 2010]. Подобная гормонозависимая инволюция тимуса наблюдается при стрессе, старении, ряде аутоиммунных заболеваний [Ширшев. 2009]. Несмотря на то. что еще в 19Х0-х гг. были выявлены существенные изменения структуры и функции тимуса при различных физиологических и патологических состояниях. механизмы этих изменений в настоящее время остаются малоизученными, а анализ гормонального влияния на тимус ограничивается, главным образом, оценкой его массы, клотечности или секреторной функции и не затрагивает собственно процессов клеточной дифференцировки. Особенно актуально изучение влияния гормонов, проецируемых плацентой, на процессы тимической дифференцировки при беременности, поскольку стеро-ид-индуцированная инволюция тимуса подразумевает угнетение функций органа в целом.

В обзоре проанализированы данные литературы и результаты собственных исследований, касающиеся роли гормонов, продуцируемых плацентой. в регуляции тимической дифференцировки основных субпопуляций лимфоцитов и формировании иммунной толерантности при беременности.

Механизмы формирования иммунной толерантности при беременности

Согласно современным представлениям, формирование феномена иммунной толерантности при беременности обусловлено глубокой гормонозави симой перестройкой иммунореакгивности организма в целом, сопровождающейся системным преобладанием гуморального иммунного ответа и повышенной генерацией клеток с супрессорной активностью [Tcna-Seinpcrc. 2007: Ширшев, 2009; Zenclussen. 2013]. Системная толерантность при физиологически протекающей беременности развивается в результате сенсибилизации фетальными антигенами за счет проникновения клеток плода в материнскую циркуляцию [Трунова, 19X4; Хонина и др,, 2010; Ширшев. 2009]. Эффекторные клетки матери распознают антигены оплодотворенной яйцеклетки, что подтверждается увеличением регионарных лимфатических узлов при физиологически протекающей беременности, атрофией тимуса и появлением антител к антигенам отца у матери [Трунова, 19X4; Ширшев, 2009]. Гормоны, продуцируемые плацентой, определяют системные изменения иммунореакгивности, угнетая системный цитотоксический иммунный ответ на антигены отца и, напротив, способствуя преобладанию гуморального ответа, с повышенной генерацией блокирующих антител и клеток с супрессорной активностью [Кеворков и др.. 1993; Ширшев, 2002].

Локальная (местная) толерантность при беременности формируется в зоне контакта матери и плода, где клетки иммунной системы матери непосредственно взаимодействуют с фетальными антигенами [Liu et at. 2011; KoldchofL Elmaagaeli. 2013]. Основой для формирования периферической толерантности является системное, опосредованное гормонами плаценты доминирование гуморального иммунного ответа, что сопровождается повышенной выработкой противовоспалительных интерлейкинов (IL). главным образом. IL-4 и IL-10. при резком снижении продукции провоспали-тельных цитокинов. IL-2 и интерферона (IFN) - у [Wegmann et al.. 1993; Ширшев. 2002; Куклина, Ширшев, 2005; Saito et al, 2010]. В периферической крови повышается доля толерогенных (незрелых) дендритных клеток, способствующих преимущественному формированию супрессорных ре-гу’ляторных Т-клеток из наивных CD4+T-лимфоцитов и анергии эффекторных популяций лимфоцитов [Gregori. 2011]. Таким образом, изменение гормонального фона при беременности является ведущим фактором, контролирующим перестройку иммунореакгивности организма матери в целом и формирование иммунной толерантности.

Роль гормонов в контроле функциональной активности регуляторных и эффекторных популяций лимфоцитов при беременности

При беременности плацента выполняет, в том числе, роль железы внутренней секреции и продуцирует массу биологически активных веществ, включая гормоны, регулирующие репродуктивные процессы (эстриол. хорионический гонадотропин) [Ширшев, 2009]. гонадостат (кисспептин) [Dhi По et al 2007], а также пищевое поведение и жировой обмен (лептин, грсл ин) [Hardie. Tray hum. 1997: Fuglsang et al, 2005]. обладающих мощной имму-номодулирующей активностью [Ширшев, 2002]. Все вышеупомянутые гормоны играют значимую роль в регуляции формирования, функциональной активности, а также взаимодействия регуляторных и эффекторных популяций лимфоцитов, дендритных клеток как в тимусе. так и на периферии.

Основными регуляторными субпопуляциями Т-клеток. участвующими в формировании иммунной толерантности являются: супрессоры иммунного ответа (Treg - Т-регуляторные лимфоциты), которые помогают плоду, вызывая анергию эффекторных клеток, и активаторы иммунных реакций (Th 17 - Т-лимфоциты-хелперы, продуцирующие IL-17; iNKT - Т-клетки с функциями натуральных киллеров). Преобладание регулирующей способности последних, как правило, приводит к аборту7. Регуляция иммунных реакций осуществляется этими клетками благодаря продукции цитокинов или интерлейкинов, настраивающих эффекторные лимфоциты на уничтожение или игнорирование полу чужеродных клеток плода [Saito el al.. 2010].

Формирование Treg/Thl7 происходит как в ти-муес (естественные, натуральные), так и в периферической крови (адаптивные, индуцибельные) из наивных CD 4~Т-лимфоцитов периферической крови [Saito et at. 2010]. Так. гормоны (грелин. кисспептин, эстриол, ХГ) в концентрациях, отражающих их уровень в периферической крови по триместрам беременности, усиливают образование в периферической крови адаптивных (a)Treg. основных супрессоров иммунного ответа, одновременно препятствуя формированию аТ1117 - индукторов воспаления [Ширшев и др., 2010; Орлова, Ширшев, 2013; Горбунова, Ширшев, 2016]. Лептин, напротив, в концентрации, сопоставимой с уровнем гормона в периферической крови во II—III триместрах беременности, усиливает дифференцировку наивных СО4^ъГ-лимфоцитов периферической крови в aThl7, а также продукцию провоспа-лительного цитокина 1L-17A, но угнетает формирование aTreg в системе in vitro [Ширшев и др., 2010; Орлова, Ширшев, 2013]. Совместное действие лептина и грелина, что и происходит при беременности. способсгву ет преимущественному формированию aTreg.

Продуцируемые плацентой гормоны играют важную роль в регуляции функций NK-клсток (натуральных киллеров) матери - критических эффекторов цитотоксических реакций [Vacca et al.. 2011]. Вышеупомянутые гормоны смещают баланс NK-клеток с цитотоксической субпопуляции в сторону регуляторной, усиливая экспрессию на них ингибиторных молекул NKG2A и Ъ-селектина [Ширшев и др., 2014: 2016]. Гормоны в концентрациях, соответствующих их уровню во время бе ременности, модулируют цитокиновый спектр, способствуя приобретению ими регуляторного фенотипа и снижают цитотоксический потенциал сепарированных NK-клсток [Ширшев и др., 2014; 2016]. Таким образом, при беременности, вышеупомянутые гормоны, продуцируемые плацентой, действуя на периферии, поддерживают баланс регуляторных субпопуляций Th 17 и Treg периферической крови, способствуя, главным образом, повышению числа клеток с супрессорной активностью (Treg) и уменьшая цитотоксический потенциал NK-клеток.

На уровне тимуса гормоны, продуцируемые плацентой, модулируют формирование естественных регуляторных субпопуляций лимфоцитов (Treg, Th 17, iNKT) в интересах развивающегося плода [Ширшев и др., 2012; 2014]. Гормоны, регулирующие основной обмен матери и плода (лептин и грелин), оказывают разнонаправленное действие. Так, грелин, который усиливает пластические процессы угнетает образование Th 17 клеток и iNKT лимфоцитов, не влияя на Treg клетки. Лептин, снижающий пластические процессы, напротив, угнетает Treg и усиливает созревание iNKT клеток. Однако при совместном действии этих гормонов, что собственно и происходит при беременности, воспроизводятся только эффекты грелина, способствующего образованию клеток, защищающих плод от атаки материнских Т-лимфоцитов. Хорионический гонадотропин, определяющий развитие плода и плаценты, в зависимости от условий, мо-жет, как снижать, так и усиливать образование Treg. не оказывая влияния на Th 17 клетки, но угнетая iNKT лимфоциты. Кроме того, хорионический гонадотропин способствует созреванию тимоцитов, которые в дальнейшем будут выполнять функцию защитников плода. Эстриол, синтез которого плацентой зависит от хорионического гонадотропина, не оказывает влияния на баланс Thl7/Treg клеток и снижает процессы размножения тимоцитов, что, по-видимому, помогает диф-ференцировочному действию хорионического гонадотропина. Помимо этого, эстриол, синтез которого частично связан с жизнедеятельностью плода, угнетает созревание iNKT клеток, способных вызывать аборт. Все исследованные гормоны усиливают выработку7 IL-4 (цитокина, способствующего успешной беременности) и не влияют на секрецию INF-y (активирующего клетки иммунной системы). Гормоны плаценты, за исключением эстриола, препятствуют апоптозу ТИМОЦИТОВ.

Таким образом, гормоны, продуцируемые плацентой при беременности, способствуют развитию тимоцитов по пути, который закладывает основы толерантности иммунной системы матери к развивающемуся плоду при физиологически протекающей беременности.

Помимо самих регуляторных субпопуляций лимфоцитов. пристальное внимание исследователей привлекает роль дендритных клеток в контро- ле дифференцировки регуляторных клеток как в тимусе. так и на периферии. Дендритные клетки ЯВЛЯЮТСЯ ОСНОВНЫМИ антигенпрезентирующими клетками, которые, в зависимости от стадии созревания и условий активации. продуцируют разный спектр цитокинов и определяют направленность дифференцировки наивных CD 4+Т-лимфоцитов и тип адаптивного иммунного ответа [Hubert et al.. 2007: Цатуров и др., 2010J. Дендритные клетки тимуса играют главную роль в поддержании аутотолерантности. Они развиваются в тимусе из ранних лимфоидных предшественников и осуществляют отрицательную селекцию аутореактивных тимоцитов [Шарова, Литвина, Ярилшг 2010; Шарова и др., 2011], а также участвуют в индукции направленности дифференцировки лимфоцитов. В тимусе присутствуют как миелоидные, так и плаз-моцитоидные дендритные клетки. Оба типа клеток участвуют в регуляции клеточной дифференцировки. Известно, что при беременности увеличивается доля толерогенных (незрелых) дендритных клеток периферической крови, которые, продуцируя супрессорные цитокины, такие как IL-10, трансформирующий фактор роста опухоли (TGF) - (31, активируют формирование aTreg и способствуют формированию иммунной толерантности [Lutz. Schuler. 2002]. Лептин и грел ин. в концентрациях, характерных для беременности, модулируя продукцию ключевых поляризующих цитокинов дендритными клетками в процессе их созревания, контролируют формирование регуляторных Т-лимфоцитов (Till 7, Treg) и других Т-хелперных субпопуляций, а также направленность иммунного ответа [Орлова, Ширшев. Логинова, 2015]. Лептин. действуя самостоятельно на дендритные клетки в процессе их созревания, создает условия для преоблада ния клеточно-опосредованного имму н-ного ответа. Гре л ин, а также грелки в комбинации с лептином, повышают толерогенный потенциал дендритных клеток, способствуют преимущественному7 формированию aTreg, что является одним из механизмов участия гормонов в поддержании периферической толерантности при беременности. В отношении дендритных клеток тимуса также показано. что грел ин в концентрациях, характерных для беременности, повышает их толерогенный потенциал, усиливая экспрессию на них ингибиторных молекул PD-L1, IL-10, TGF-pi. Можно полагать. что беременность сопровождается гормонозависимой модуляцией функций дендритных клеток тимуса, что отражается на тимической дифференцировке основных регуляторных субпопуляций Т-КЛСТОК И иммушорективности организма матери В целом. Особую значимость этот аспект регуляции направленности тимической дифференцировки приобретает в свете стероид-индуцированной инволюции тимуса при беременности.

Заключение

Таким образом, гормоны, продуцируемые плацентой при беременности, не только определяют инволюцию тимуса (стероидные гормоны), но и регулируют тимическую дифференцировку’ основных клеточных субпопуляций (лептин, грел ин, кисспептин. хорионический гонадотропин, эстриол). Так, действуя на уровне тимуса, гормоны способствуют преимущественной дифференцировке тимоцитов по пути, закладывающем основы толерантности иммунной системы матери к развивающемуся плоду при физиологически протекающей беременности. В совокупности с эффектами гормонов на клетки периферической крови, гормональный контроль дифференцировки и функций клеток им мучной системы является ведущим фактором изменения иммунореактивности организма матери б целом и формирования иммунной толерантности. Понимание механизмов контроля за формированием основных Субпопуляций лимфоцитов б тимусе может привести к открытию новых подходов в иммунокорригирующей терапии воспалительных. аутоиммунных, онкологических заболеваний. репродуктивных дисфункций, а также старения. В последнее время этот спектр вопросов вызывает пристальный интерес исследователей.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 16-44-590631.