Имплантация. 
Физиология репродуктивной системы млекопитающих

Процесс имплантации заключается в прикреплении зародыша к внутренней поверхности стенки матки и его внедрении в ткани слизистой оболочки (рис. 22). Процесс имплантации напрямую связан с формированием и дифференцировкой клеток трофобласта. При взаимодействии со слизистой оболочкой матки происходит дифференцирование его строения — из слоя клеток трофобласт превращается в сложное клеточно-симпластическое образование. Наружная его часть преобразуется в симпласт (или симпластотрофобласт) — в этой части исчезают межклеточные границы и ядра клеток оказываются в общей симпластической цитоплазме. Внутренняя часть трофобласта сохраняет клеточной строение, в связи с чем именуется цитотрофобластом. Цитои симпластотрофобласт структурно и метаболически связаны и совместно с мезенхимой формируют ворсинки хориона, создавая для них внешнее покрытие. Было показано, что ядра клеток цитотрофобласта являются полиплоидными. Ядра симпластотрофобласта, напротив, практически всегда диплоидны. Источником новых ядер в быстро растущем симпластотрофобласте являются клетки цитотрофобласта, которые после синтеза ДНК и митотического деления присоединяются к симпласту. Наиболее ак;

Рис. 22.

Схематическое изображение процесса имплантации в слизистую оболочку матки (Kuemmerle, 1987):

• 1 — цитотрофобласт;
• 2 — полость бластоцисты; 3 — эмбриобласт;
• 4 — цитотрофобласт;
• 5 — синцитиотрофобласт; б — эпителий слизистой оболочки матки; 7 — маточная железа; 8 — клетки соединительной ткани в процессе децидуальной трансформации; 9 — спиральная артерия.

тивно процесс роста симпластотрофобласта происходит в период формирования плаценты.

К настоящему времени доказано взаимодействие бластоцисты и тканей эндометрия в ходе имплантации. Под влиянием имплантирующегося зародыша клетки соединительной ткани слизистой оболочки матки гипертрофируются и превращаются в крупные, округлые децидуальные клетки. Децидуальная ткань участвует в образовании материнской части плаценты. При родах она отслаивается от базальной части эндометрия и отпадает вместе с плацентой, поэтому она и получила название отпадающей, или децидуальной, ткани.

Об активной роли эндометрия в процессе имплантации зародыша убедительно свидетельствуют эксперименты, проведенные на кроликах и морских свинках. Через 2−9 суток после овуляции на поверхности матки делались глубокие разрезы, нарушающие ее непрерывность. На местах разрезов образовывались отчетливые опухолевидные образования, состоящие из типичной децидуальной ткани. Такая децидуома состояла из большого числа крупных эпителиоидных, расположенных плотными рядами клеток, и большого количества капилляров. Эти разрастания отмечались под неповрежденным эндометрием. Такие экспериментально вызванные децидуомы имели ограниченный срок жизни. Наивысшего развития они достигали на 9−10-е сутки после операции, на 13−16-е сутки внезапно становились некротическими.

На основании этих данных было предположено, что рост тканей, происходящий при формировании плаценты, вызывается двумя основными взаимосвязанными факторами: гормонами, выделяемыми яичниками и сенсибилизирующими ткани эндометрия, и травмированием матки.

В то же время для нормальной имплантации необходимо активное воздействие бластоцисты на ткани матки. Имеются многочисленные данные о том, что трофобласт выделяет лизирующие вещества, в том числе протеолитические ферменты, способные нарушать целостность эндометрия. Кроме того, при имплантации отмечается фагоцитарная активность клеток трофобласта.

Сроки имплантации варьируют у разных видов. Так, у мышей имплантация происходит через 4 дня после коитуса, у человека — через 9 дней, а у коровы — через 30 дней.

Основываясь на особенностях взаимодействия между бластоцистой и клетками матки можно выделить несколько типов имплантации. Центрическая имплантация происходит, если бластоциста имеет большие размеры и контактирует с люминальным эпителием без проникновения через него. Такой тип имплантации характерен для собак, кроликов, коров, свиней, овец и многих сумчатых животных. В случае эксцентрической имплантации люминальный эпителий формирует инвагинацию, окружающую бластоцисту. Этот способ характерен для мышей, крыс и хомяков. Интерстициальная имплантация характерна для человека. В этом случае эмбрион проникает через эпителий в строму эндометрия и оказывается заключен в толще стенки матки.

Имплантация эмбриона, процесс ориентировки, прикрепления и инвазии человеческого зародыша к материнскому эндометрию имеет сложную регуляцию. Классические и современные исследования показали, что эндокринная регуляция гормонами яичника необходима для имплантации. Однако все больше фактов накапливается в пользу существования дополнительных паракринных процессов регуллции имплантации, основанных на реципрокных взаимодействиях эмбриона и матки. Более того, паракринные эффекторы оказывают также действия, характерные для стероидов. Паракринная регуляция имплантации облегчает взаимодействие эмбриона, эпителиальных клеток эндометрия (ЭКЭ) и стромальных клеток эндометрия (СКЭ).

В эндометрии в предымплантационный период происходят морфологические и биохимические изменения, приводящие к сложным сигнальным взаимодействиям паракринных молекул, индуцируемые присутствием развивающейся бластоцисты. Стромальные клетки опосредуют пролиферативный эффект эстрогенов на эпителиальные клетки. Стероидактивируемые протеины, такие как недавно описанные протеины циклооксигеназы: кальцитонин, гепаринсвязывающий ЭФР-подобный фактор роста (ГС-ЭФР), лактоферрин, лейкемия-ингибирующий фактор (ЛИФ), интерлейкин-1 (ИЛ-1) — могут регулировать паракринным путем пролиферацию эндометрия, секрецию и децидуализацию.

Некоторые исследования показали, что простагландины, отвечая на материнские стероиды, могут влиять на процессы имплантации. Самым ранним признаком имплантации является повышение сосудистой проницаемости, что опосредуется простагландинами.

Эпителий эндометрия представляет собой монослой кубических клеток, которые могут образовывать контакт с трофэктодермальными клетками бластоцисты. Бластоциста получает доступ к своему естественному месту прикрепления (эндометрий) в течение узкого временного окна и при наличии специфического гормонального фона; в течение остального времени эндометрий невосприимчив для имплантации эмбриона. Молекулы адгезии и антиадгезии вовлечены в трансформацию невосприимчивого эндометрия в рецептивный. Предполагают, что во время имплантационного окна экспрессируются специфические молекулы адгезии, переводя эндометрий в рецептивный статус, а антиадгезивные молекулы присутствуют до и после окна, служа естественным барьером для имплантации. Человеческий эмбрион сам способен регулировать паракринным путем динамику экспрессии обоих типов молекул.

Важную роль в процессе имплантации играют интегрины.

Интегрины — трансмембранные гетеродимеры, состоящие из двух субъединиц, связанных нековалентными связями. Экспрессия интегринов эндометрия гормонально зависима, интересно отметить, что стероидиндуцированные паракринные молекулы могут также влиять сами на гормональный контроль. Интегрины альфа-1 и альфа-4 регулируются уровнем прогестерона. Они появляются в начале продукции прогестерона, когда уровень эндометриальных прогестероновых рецепторов (ПР) достигает максимума. Наоборот, бета-3 интегрины появляются, когда уровень ПР низкий. Исследования на животных, лишенных интегринов, показали, что дефицит интегрина бета-1 у мышей не нарушает нормального развития эмбрионов до стадии бластоцисты, однако имплантация не происходит. При отстутствии интегринов альфа-4, альфа-5, альфа-6 нарушения имплантации не происходило. Недавно был продемонстрирован селективный эффект развивающегося человеческого эмбриона на экспрессию интегринов бета-3, которая становится максимальной, когда эмбрион находится на стадии бластоцисты.

Эндометриальный эпителий служит барьером для имплантации эмбриона. Эта концепция была продемонстрирована в классических экспериментах, которые показали, что у мышей бластоциста может имплантироваться на любой стадии яичникового цикла при искусственном повреждении целостности эндометриального эпителия. Апоптоз — программированная клеточная гибель, при которой клетки совершают самоубийство, не вызывая воспалительных изменений в тканях, — является основным механизмом, объясняющим устранение эпителиального барьера для бластоцисты. Физиологическая или программированная клеточная гибель участвует в реализации функции яичников, физиологических изменений эндометрия, развитии зародыша перед имплантацией, механизме имплантации и образования плаценты.

В человеческом эндометрии пролиферация и апоптоз — противоположные механизмы в течение менструального цикла, между которыми поддерживается равновесие. Пролиферативная фаза характеризуется низким числом апоптотических клеток, в то время как во время секреторной фазы число этих клеток возрастает, достигая максимума в период менструации. Большинство апоптотических клеток присутствует в эпителии, в строме эндометрия их меньше. Искусственно вызываемый спад яичниковых гормонов тоже приводит к программированной гибели клеток эндометрия. Механизмом гибели 97,5% клеток эндометриального эпителия является апоптоз и только 2,5% — некроз.

Существуют доказательства роли местно регулируемого апоптоза в патогенезе ремоделирования ткани при децидуализации и имплантации бластоцисты у мышей, крыс и хомяков. У грызунов ультрасртуктурные исследования продемонстрировали, что клетки маточного эпителия в участке прикрепления бластоцисты подвергаются апоптозу и фагоцитируются клетками трофоэктодермы во время инвазии. У мышей было показано, что аутокринно/паракринная регуляция апоптоза в клетках маточного эпителия у мышей индуцируется самим эмбрионом, эффект опосредуется ТФР-бета.

Во время стромальной инвазии у крыс происходит прогрессивная и продолжительная индукция апоптоза в материнской ткани.

Децидуализация, процесс стромально-клеточной пролиферации и дифференцировки, инициируется яичниковыми гормонами в ожидаемое время имплантации. Стромальные клетки — фибробластоподобные, отвечают на действие прогестерона своей дифференцировкой в децидуальные клетки с характерными изменениями морфологии и секреции пролактина — это общеизвестный маркер децидуализации in vitro.

Инвазия — это самоконтролируемый протеолитический и иммунологический процесс. Базальная мембрана — первый барьер, который должен быть преодолен, далее трофобласт проникает в строму, уже децидуализированную, и прорастает в материнские кровеносные сосуды. Этот эффект опосредуется некоторыми протеиназами, разрушающими внеклеточный матрикс: сериновыми протеазами, металлопротеиназами, катепсинами.

Классические исследования приводят к заключению, что децидуа может осуществлять протеолитический и иммунологический контроль над инвазией бластоцисты. Со своей стороны человеческая бластоциста может влиять на процесс. Гистологическое изучение эндометрия при нормальной беременности выявило специфические изменения в децидуа, индуцированные присутствием эмбриона. У макак-резус исследователи также выявили изменения функционального слоя эндометрия в лютеиновой фазе в присутствии бластоцисты.

Процесс имплантации подразделяется на стадии, основанные на этапах развития эмбриона и происходящих взаимодействиях с материнским организмом. У человека полная последовательность событий, приводящих к имплантации, занимает небольшой промежуток времени. Эмбрион входит в полость матки через 72−96 часов после оплодотворения. Эндометрий, чей рост и развитие стимулировались эстрогенами растущего фолликула, подвергается секреторной трансформации в ответ на повышение уровня прогестерона и пептидных гормонов желтого тела. Гормональные и паракринные влияния яичников и эндометрия приводят к характерным изменениям эндометрия, повышающим его рецептивность к последующей нидации бластоцисты.

Выселение эмбриона с разрушением блестящей оболочки происходит на 5 день (через 10−120 часов после овуляции). Исчезновение блестящей оболочки обнажает рецепторы, молекулы клеточной адгезии, матриксные металлопротеиназы и компоненты внеклеточного матрикса, которые вовлекаются в следующий этап имплантации. Эта стадия включает в себя короткий этап противостояния (аппозиция). Аппозиция быстро сменяется инвазией. Присутствие специфических белков на апикальном полюсе эндометрия и на поверхности эмбрионального эпителия позволяет предположить, что аппозиция и прикрепление опосредуются различными молекулами клеточной адгезии и/или компонентами внеклеточного матрикса. Соприкосновение с подлежащей базальной мембраной эндометрия может запустить продукцию пищеварительных ферментов, расщепляющих эту преграду, и обнажить подлежащую строму.

Почему клетки бластоцисты резко приобретают мобильные и инвазивные свойства, непонятно, но возможно эти изменения фенотипа запускаются за счет активации клеточных рецепторов эндометрия. Известно, что это именно диалог, взаимодействие направлено в обе стороны и включает активацию сигнальных механизмов как в эндометрии, так и у эмбриона. Разрушенные при начале инвазии фрагменты эндометриального или трофобластического внеклеточного матрикса, возможно, стимулируют дальнейший процесс путем активации специфических матриксных металлопротеиназ. Расположение определенных интегринов на поверхности цитотрофобласта, возможно, тоже способствует приобретению миграционного фенотипа.

Проникновение трофобласта между клетками эндометрия, возможно, облегчается за счет потери клетками некоторых молекул адгезии со своей поверхности в середине секреторной фазы, что приводит к нарушениям контактов между клетками эндометрия. Такая возможность подтверждается данными иммуногистохимического исследования уровня интегринов. Уровень Е-кадгеринов, обеспечивающих контакты между клетками эндометрия, тоже снижается в середину лютеиновой фазы. Синтез и функционирование этих молекул адгезии регулируется уровнем гормонов в эндометрии и зависит от концентрации кальция.

Параллельно с продолжающимся ростом у эмбриона увеличиваются потребности в питательных веществах и усложняется система регуляции. Таким образом, инвазия в материнский кровоток становится приоритетной задачей. Эта стадия имплантации сопровождается быстрой экспансией как цито-, так и синцитиотрофобласта. На этой стадии материнские кровеносные сосуды все еще остаются интактными, но они окружены внедряющимся многоядерным синцитием. Далее синцитий и отдельные клетки цитотрофобласта внедряются в материнские кровеносные сосуды, и синцитиотрофобласт встраивается в их стенку. В конечном итоге, эмбрион оказывается полностью погружен в эндометрий, его окружает слой синцитиотрофобласта, очень скоро сформирующий ворсины хориона. Развитие хориона заканчивается приблизительно на 11−12-й день после овуляции образованием первичных ворсин.