Роль цитокинов семейства IL-1 в имплантации и развитии эко-индуцированной беременности

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 618.177-089.888.11                              

Семейство IL-1 включает в себя одиннадцать молекул: IL-1α, IL-1β, IL-18, IL-33, четыре изоформы IL-36 (IL-36α, IL-36β, IL-36γ, IL-36Rа), IL-37, IL-38, рецепторы IL-1 первого (IL-1R1) и второго (IL-1R2) типов, рецепторный антагонист IL-1(IL-1Rа) и дополнительный белок рецептора IL-1 (IL1RАР) [1–2].

Активированные моноциты и макрофаги, нейтрофилы, лимфоциты, кератиноциты, фибробласты, эндотелиальные и эпителиальные клетки способны продуцировать IL-1α и IL-1β в виде неактивных белков-предшественников (про-IL-1α и про-IL-1β), которые под действием протеазы каспазы-1 или IL-1-конвертирующего энзима (ICE) трансформируются в активные формы цитокинов и секретируются в окружающую среду. Молекулярная масса обеих белков примерно 18кДа. IL-1β является доминирующей формой [3].

IL-1α и IL-1β гомологичны и имеют сходные биологические свойства, которые они реализуют аутокринным и паракринным путем. Данные цитокины связываются с внеклеточной частью IL-1R1 и инициируют присоединение второй цепи рецептора IL1RAP [4]. Образованный комплекс привлекает внутриклеточные адаптерные молекулы (MYD88, IRAK, TRАF6) для активации передачи сигналов через транскрипционный фактор NF-κB и модуляции транскрипции гена-мишени [5].

Далее IL-1R1 принимает участие в процессах, происходящих внутри клетки, а IL-1R2 осуществляет функцию «ловушки» для IL-1 [6]. IL-1R2, находящийся на клеточной мембране, способен формировать неактивные комплексы с IL-1 и IL-1RАР, таким образом он оказывает преобладающее отрицательное влияние на передачу сигналов. Растворимая форма данного рецептора (sIL-1R2) способна с легкостью высвобождаться из клетки, где впоследствии она свяжется с IL-1. Продолжительная диссоциация (более двух часов) говорит о том, что комплекс IL-1β и sIL-1R2 практически необратим. Соответственно, растворимый и связанный с мембраной IL-1R2 способны осуществлять свои функции в качестве естественных ингибиторов IL-1 [6].

IL-1Rа связывается с IL-1R1 и IL-1R2 с той же специфичностью, как и IL-1, но не влияет на последующее проведение сигнала [7–8]. Этот мономерный гликозилированный белок, молекулярной массой 25 кДа, вырабатываемый моноцитами и другими клетками, играет роль ингибитора и важного физиологического регулятора экспрессии IL-1. IL-1Rа продуцируется в виде четырех различных изоформ, причем секретируется только одна из них, а остальные имеют внутриклеточную локализацию.

Все элементы системы IL-1 выявляется в эндометрии на протяжении всего менструального цикла. IL-1 экспрессируется в больших количествах в стромальных клетках эндометрия, макрофагах и клетках эндотелия в позднюю лютеиновую фазу [9–10], рецепторы к нему обнаруживается в течение всего цикла в железистом эпителии [10] и в строме — в лютеиновую фазу [11].

Следует отметить важную роль IL-1 во время имплантации эмбриона и децидуализации за счет создания воспалительно-подобного иммунного ответа при ремоделировании тканей [12–13]. Согласно исследованию авторов, при децидуализации IL-1 оказывает стимулирующее влияние на экспрессию факторов роста, цитокинов и молекул адгезии [14]. Кроме того, находящиеся в децидуа натуральные киллеры uNK способны повышать продукцию гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (GM-CSF) в ответ на IL-1 [15]. IL-1β также способен к стимуляции эндотелина в культивируемых стромальных клетках эндометрия [16], что может указывать на местную регуляцию клеточной пролиферации и сосудистого тонуса.

IL-1 совместно со стероидными гормонами осуществляет регуляцию экспрессии эндометрием матриксных металлопротеиназ (ММР) во время менструального цикла [17–18]. IL-1α активирует ММР1,2,3,7 и 9, а IL-1β — ММР3 через фосфорилирование ЕRК и р38 МАР-киназы [19–20]. Действие ММР обуславливает общирное ремоделирование внеклеточного матрикса (ECM) при менструации и децидуализации.

Согласно исследованию авторов [21] повышение активности ММР12 (металлоэластазы) и ММР1 (коллагеназы) и снижение активности ММР11 (стромелизина-3) индуцировано IL-1β. Этот исключительный характер экспрессии может предполагать разрушение эластина и коллагена, в то время как эффекты MMP11 подвергаются обсуждению. Авторы выдвинули следующее объяснение: децидуализации сопутствует повышение отложения ламинина и фибронектина, а поскольку MMP11 обладает способностью разрушать их компоненты в ЕСМ, то это и может влиять на снижение его активности.

Фермент альдозоредуктаза AKR1B1 в эндометрии под действием IL-1β может защитить клетки от реактивных радикалов, оказывающих токсичное действие, и тяжелых металлов [22], которые способны оказывать неблагоприятное действие на прикрепление, имплантацию и дальнейшее развитие эмбриона [23] и обеспечить благоприятную среду для оплодотворения яйцеклетки.

Компоненты семейства IL-1 (IL-1β, IL-1Rа, IL-1R1) имеют зависимость от лептина в культуре эндотелиальных и стромальных клеток [24]. Лептин — главный регулятор системы IL-1 в эндометрии in vivo . Кроме того, сам IL-1β оказывает стимулирующее влияние на секрецию лептина и повышает экспрессию его рецептора Оb-R на клетках эпителия в эндометрии [25], в свою очередь лептин сильнее влияет на экспрессию интегрина β3, чем IL-1 при подобных концентрациях. C. Simon и соавторами при исследовании субъединицы интегрина в культуре эпителиальных клеток эндометрия отметили, что она регулируется двумя путями — путем добавления IL-1 в культуральную среду или путем совместного культивирования с эмбрионами перед имплантацией [12].

Следует обратить внимание на результаты исследований IL-1β in vitro [13, 26]. Освобождение IL-1β культивируемыми клетками цитотрофобласта прямо пропорционально их способности к инвазии [9]. S. Karmakar с соавторами [27] отметили, что IL-1β повышает выработку MMP2 и ММР9 клетками трофобласта in vitro. В нескольких исследованиях приводились данные, что IL-1β способен к последовательному ингибированию децидуализации стромальных клеток эндометрия человека in vitro [13, 28], вне зависимости от стимула децидуализации (прогестерон или цАМФ), через МАР-киназы ERК 1/2 и p38 [13, 29]. Более того, в исследовании O. Yoshino с соавторами [26] отмечалась тенденция к снижению чувствительности к экзогенному IL-1β в культуре клеток в процессе децидуализации.

Полагают, что IL-1β взаимосвязан с восприимчивостью эндометрия [30]. Некоторые исследователи считают, что IL-1β увеличивает адгезию бластоцисты к эпителию за счет увеличения экспрессии молекул адгезии эпителиальными клетками, тем самым регулируя восприимчивость эндометрия [31]. Обнаружено, что IL-1β активируется на 7–9 дни после овуляции в соответствии со стадией «окно имплантации».

Известно, что на адгезию трофобласта к клеткам эндометрия человека IL-1Rа оказывает подавляющее действие [32]. Авторами было выдвинуто предположение, что блокирование и регулирование MARK пути его ингибиторами вполне может быть использовано как средство, предупреждающее неудачные исходы при ЭКО. Критическую роль IL-1 в ранней имплантации можно объяснить тем фактом, что IL-1Rа во время имплантации способен блокировать ответную реакцию эндометрия на ХГЧ [19]. Внутрибрюшинная инъекция IL-1Ra спровоцировала штамм-специфическую блокировку имплантации, это связано со снижением регуляции критических интегринов на поверхности эпителия у обезьян [33].

Важно отметить, что между эндометрием и преимплантационным эмбрионом имеется четкая связь, заключающаяся в том, что факторы эндометрия стимулируют секрецию эмбрионом IL-1. В единичных преимплантационных эмбрионах были обнаружены основные составляющие системы IL-1 – IL-1α, IL-1β, IL-1Rа и IL-1R1 [34–35].

Но в исследовании, направленном на изучение одиночных бластомеров, мРНК IL-1β,

IL-1R1 и IL-1Ra обнаруживалась лишь в некоторых из них. Не менее важно то, что большинство преимплантационных эмбрионов, которые экспрессировали IL-1Ra, прекратили свое развитие на ранних стадиях [36]. Наряду с этим, исследования G. Chaouat с соавторами [37] показали, что сама бластоциста способна к экспрессии рецепторов IL-1α, стимуляция которых приводит к выработке ХГЧ, требующегося для формирования толерантности иммунной системы между матерью и плодом.

В исследованиях, посвященных роли IL-1в программах ЭКО установлено, что цитокин может участвовать в росте, развитии, созревании фолликулов и индуцированной овуляции, что может улучшить скорость оплодотворения и качество эмбриона, тем самым улучшая скорость имплантации. IL-1β участвует в механизмах иммунной толерантности при формировании плаценты и способствует росту эмбрионов посредством регуляции экспрессии NF-kB [38]. Кроме того, исследования показали, что IL-1β может запускать ангиогенез, способствуя тем самым росту эмбрионов, влияя на экспрессию ХГЧ [39]. Исследование K. Sequeira с соавторами [40] показало, что системная продукция IL-1β может быть вызвана контролируемой гиперстимуляцией яичников в циклах ЭКО. Данные работы Karagouni с соавторами [41] показали, что у женщин, проходящих ЭКО, введение препаратов ХГЧ влекло за собой увеличение сывороточных концентраций IL-1. Интересно, что у женщин, проходящих процедуру ЭКО, на фоне привычного выкидыша, отмечается повышенная концентрация IL-1β и TNF-α [42].

Также показаны связи между успехом ЭКО и IL-1. Авторами было установлено, что высоко-нормальные уровни IL-1α в сыворотке обладают прогностической значимостью и могут быть использованы в качестве ранних маркеров благоприятного исхода программы ЭКО у женщин с трубно-перитонеальным бесплодием [43]. Известно, что женщины с успешной имплантацией имели уровень IL-1β в фолликулярной жидкости выше, чем женщины без имплантации [34, 41]. Однако существуют и противоположные результаты. Сообщается, что повышенная продукция IL-1β взаимосвязана с ранними репродуктивными потерями после проведенного ЭКО [44]. Авторы частично объясняют это тем, что IL-1β индуцирует чрезмерную активацию матриксных металлопротеиназ MMP-2, 9, которые участвуют в ремоделировании ЕМС и приводят к чрезмерно агрессивной инвазии трофобласта.

Результаты исследований по изучению предикторной роли IL-1Rа при ЭКО достаточно противоречивые. J. S. Krüssel с соавторами [45] отметили у эмбрионов, экспрессирующих мРНК IL-1Rа in vitro, отсутствие дальнейшего развития. Однако есть несколько исследований полагающих, что IL-1Rа благоприятно влияет на качество и развитие эмбриона [27, 46]. Согласно данным, представленным в работе H.-Y. Huang с соавторами [9], повышение уровня IL-1Rа может активировать механизм нейтрализации излишних эффектов во время активной децидуализации in vivo , но in vitro отношение IL-1β к IL-1Ra мРНК неизменно. В исследовании А. Lekovich с соавторами [47] описывалось защитное действие IL-1Rа в рамках предотвращения развития эктопической беременности, из-за влияния на эпителий маточных труб, и рождение доношенного и здорового ребенка при проведении ЭКО.

В своей работе M. De los Sаntos с соавторами [27] показали, что антагонизм системы IL-1 (IL-1α+IL-1β/IL-1Ra) становится меньше по мере формирования эмбриона от четырех клеток до бластоцисты. Авторы также продемонстрировали, что для синтеза цитокинов IL-1 требуется наличие кокультивирования с эпителием эндометрия, что доказывает роль последнего в регуляции синтеза эмбрионального IL-1.

Таким образом, цитокины система IL-1 обладают плейотропными эффектами и играют важную роль в процессах имплантации эмбриона и последующей децидуализации путем активации воспалительно-подобного иммунного ответа при ремоделировании тканей. Кроме того, IL-1 способен предупреждать токсическое действие реактивных радикалов и тяжелых металлов, что создает благоприятную среду для оплодотворения. Цитокины семейства обеспечивают взаимосвязь между материнским эндометрием и эмбрионом. Однако данные о роли этих цитокинов в развитии ЭКО-индуцированной беременности неоднозначные.