Стволовые клетки базального слоя эндометрия при различных гинекологических заболеваниях

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ БАЗАЛЬНОГО СЛОЯ ЭНДОМЕТРИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ГИНЕКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

Т.А. Косикова, И.П. Князева, С.Э. Аракелов, Е.О. Шакылычева-Каманец, Н.Д. Плаксина, З.М. Сохова

Кафедра акушерства и гинекологии с курсом перинатологии Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8, Медицинский факультет, Москва, Россия, 117198

Стволовые клетки эндометрия относятся к эпителиальным и стромальным клеткам, способным к самовоспроизводству in vitro. Эпителиальные клетки дифференцируются в цитокератинположительные железистоподобные структуры, а стромальные клетки являются мультипотентными и способны дифференцироваться в адипоциты, хондроциты и остеобласты. Эпителиальные прогениторные и мезенхимные стволовые клетки имеют регенеративную способность восстанавливать эндометрий в течение менструального цикла. Эти клетки могут участвовать в развитии таких заболеваний, как эндометриоз, аденомиоз, гиперплазия эндометрия, рак эндометрия, а также представляют собой ресурс для клеточной терапии.

Ключевые слова: эпителиальные/прогениторные клетки, эндометрий, мезенхим-ные стволовые клетки, гиперплазия эндометрия, аденомиоз, миома матки.

Гиперплазия эндометрия (ГПЭ) представляет собой заболевание, возникающее вследствие преобладания процессов пролиферации над апоптозом на фоне усиленного ангиогенеза и измененного рецепторного статуса эндометрия. Данное заболевание занимает одно из ведущих мест среди всех болезней женских половых органов наряду с другими доброкачественными пролиферативными процессами матки (миомой матки и аденомиозом) [6].

ГПЭ является наиболее частой формой патологических изменений слизистой оболочки матки и трактуется как нефизиологическая пролиферация эндометрия, сопровождающаяся структурной перестройкой железистого и, в меньшей степени, стромального компонента ткани. Несмотря на большое число исследований, механизмы развития гиперпластических процессов эндометрия до сих пор изучены недостаточно [5].

Исследования последних лет посвящены оценке экспрессии в эндометрии в норме и патологии факторов роста и их рецепторов, а также факторов пролиферации (PCNA, Ki-67), необходимых для репликации геномной ДНК. Однако полученные при этом данные носят противоречивый характер.

В многочисленных исследованиях установлены взаимоотношения очагов аденомиоза с аутологичным гиперплазированным эндометрием. Полу-

чены убедительные данные, подтверждающие патогенетическую общность между очагом аденомиоза и гиперплазированным эндометрием [2].

По данным И. С. Сидоровой и соавт. [3], миома матки в 76% сочетается с гиперпластическими процессами эндометрия, в связи с чем клинические проявления миомы во многом зависят и определяются формой гиперплазии эндометрия. В основе данных заболеваний лежат нарушения процессов пролиферации и апоптоза, которые регулируются клеточными и внеклеточными компонентами на молекулярном уровне. Многие авторы отмечают высокую частоту (85%) сочетания миомы матки и аденомиоза, нередко возникающих на фоне гиперпластических процессов эндометрия. Несмотря на то, что концепции пато- и морфогенеза, клиники, тактики ведения аденомиоза и миомы матки обсуждаются не одно десятилетие, многие вопросы, посвященные данной проблеме, остаются дискуссионными и недостаточно изученными [3-5].

На современном этапе важно открытие новых подходов в лечении данных заболеваний с целью снижения риска рецидивирования, прогрессирова-ния и малигнизации.

Прогресс фундаментальной науки в области клеточной и молекулярной биологии, молекулярной генетики и биотехнологии позволяет с оптимизмом смотреть в ближайшее будущее. Многочисленные исследования в этой области, поддержанные серьезным финансированием, приводят к открытию все новых источников стволовых клеток, разработке новых подходов к использованию регенераторного и дифференцировочного потенциала стволовых клеток в практической медицине. Активно разрабатываются подходы к применению трансплантации стволовых клеток при лечении заболеваний, которые до последнего времени считались неизлечимыми с помощью традиционных методов [1].

Применение стволовых клеток представляет большой интерес как новая модель лечения в репродуктивной медицине, возникший, когда впервые были культивированы эмбриональные стволовые клетки человека [29]. Исследование стволовых клеток в настоящее время находится в фазе развития и имеет потенциал грандиозно повлиять на терапевтические возможности применения эмбриональных и взрослых стволовых клеток человека в репродуктивной медицине и генной терапии [29-32].

Стволовые клетки характеризуются их способностью к самовоспроизводству путем симметричного деления и возможностью дифференцироваться в различные виды тканей путем асимметричного деления. Взрослые стволовые клетки восстанавливают ткань, в которой происходит их развитие. Они обнаружены в различных тканях, включая человеческий костный мозг, легкие, простату, головной мозг и печень [26; 27]. Эти клетки, возможно, находятся и в эндометрии - высокопролиферативной, циклически изменяющейся ткани. В начальных исследованиях было выявлено содержание

незначительной популяции эпителиальных и стромальных клеток, которые in vitro проявляли черты прогениторных/стволовых клеток (клоногенная активность) [11; 13; 29].

Многие гинекологические заболевания ассоциируются с ненормальной пролиферацией эндометрия, и, возможно, что эндометриальные стволо-вые/прогениторные клетки могут играть роль в патофизиологии таких гинекологических заболеваний, как гиперплазия эндометрия, рак эндометрия, эндометриоз, аденомиоз, а также представляют собой потенциальный ресурс для клеточной терапии [8; 9; 11; 21; 22]. Таким образом, на данном этапе важным является идентификация маркеров прогениторных/стволовых клеток эндометрия для более детальной их характеристики и определения роли этих клеток в патогенезе пролиферативных нарушений эндометрия. В проводимых исследованиях предполагается, что прогениторные/стволовые клетки могут иметь клиническое значение при лечении различных гинекологических заболеваний [7; 8; 10; 19; 24].

Попытки выделить, охарактеризовать и локализовать стволовые клетки эндометрия были предприняты только несколько лет назад, в то время как экспериментальные исследования по идентификации взрослых стволо-вых/прогениторных клеток в других тканях активно развивались. Доказательство существования взрослых стволовых/прогениторных клеток в эндометрии человека и мышей имеет место благодаря особенностям стволовых клеток, которые в настоящее время возможно определить и у эндометриаль-ных клеток [24].

Эндометрий представляет собой высокодинамичную ткань, подвергающуюся более чем 400 циклам пролиферации, дифференцировки, отторжения и регенерации во время репродуктивного периода женщины. Предполагается, что в базальном слое эндометрия находятся клетки, ответственные за регенерацию эндометрия. Проводятся исследования по идентификации ключевых свойств стволовых клеток среди отдельных эпителиальных и стромаль-ных клеток эндометрия. Предполагается, что взрослые прогениторные/ство-ловые клетки ответственны за регенеративную способность человеческого эндометрия, а их дисфункция может приводить к пролиферативным нарушениям в эндометрии и, как следствие, к гинекологическим заболеваниям [8-10].

Kato K. и коллеги (2007) выделили такие клетки из человеческого эндометрия и показали, что они могут быть отнесены к категории прогенитор-ных клеток, потому что способны дифференцироваться как в эпителиальные, так и в стромальные клетки эндометрия [14].

Мезенхимные стволовые клетки (МСК) являются мультипотентными соматическими клетками, способными дифференцироваться в различные типы клеток мезодермальных и немезодермальных органов. Во-первых, МСК должны адгезироваться на пластике при выделении в стандартных

культуральных условиях. Во-вторых, они должны экспрессировать маркеры CD 105,CD 73,CD 90 и игнорировать экспрессию поверхностных молекул: CD 34, CD 45,CD14, CD16/56 или CD 11 и HLA - DR и, в-третьих, МСК должны дифференцироваться в остеобласты, адипоциты и хондроциты in vitro [9].

МСК содержатся в различных тканях человеческого организма: жировой ткани, пуповинной крови и периферической, тканях последа (пуповине и плаценте), амниотической жидкости, фетальной печени, коже, в пульпе выпавших молочных зубов.

Поскольку содержание МСК не превышает сотен долей процента, работа с ними подразумевает выделение и культивирование in vitro. Наиболее доступными источниками мезенхимных стволовых клеток являются жировая ткань, пуповинная кровь и плацента [12; 33; 34].

Эндометрий человека содержит небольшое количество клеток с характеристиками эндометриальных стромальных/прогениторных клеток, которые принадлежат к семейству мезенхимных стволовых клеток. Эти клетки ответственны за реструктурирование и ремоделирование человеческого эндометрия в течение месяца [20].

По данным Р.А. Мусиной и соавт. (2008), менструальная кровь может считаться наиболее доступным источником МСК. Морфология МСК является типичной для МСК из менструальной крови. Сравнение МСК из различных источников показало, что специфической чертой эндометриальных МСК является более низкая способность к дифференцировке в адипоциты по сравнению с культурами из костного мозга, жировой ткани, кожи [23; 28]. По способности к дифференцировке в остеобласты эндометриальные МСК не отличаются от культур, выделенных из других источников [18]. Открытие этих клеток - это основательный результат, который может повлиять на решение гинекологических проблем, связанных со многими болезнями [17; 25; 28].

Эпителиальные и стромальные колониеформирующие клетки продемонстрировали определяющие характеристики взрослых стволовых клеток: самообновление, высокую пролиферативную активность, дифференцировку in vitro [7; 8; 13].

Эпителиальные эндометриальные и стромальные стволовые/прогени-торные клетки идентифицированы in vivo в эндометрии мышей [15; 16]. Установлено, что данные клетки могут играть ключевую роль в развитии гинекологических заболеваний, ассоциированных с ненормальной пролиферацией эндометрия: эндометриоза, аденомиоза, гиперплазии эндометрия.

Трансплантация выделенных человеческих эндометриальных эпителиальных клеток с мышиными мезенхимными или человеческими эндометри-альными стромальными клетками иммуннодефицитным мышам под капсулу селезенки перестроила эндометриальную ткань, воспроизводя человеческие

железы и мышиную или человеческую строму. Структуры железистого эпителия экспрессировали прогестероновые рецепторы и пролиферировали под влиянием эстрогенов, в то время как стромальные клетки дифференцировались в пролактинпродуцирующие децидуальные клетки [15].

В дальнейшем эти достижения дают возможность обеспечить отличную систему по выявлению in vivo способности мышиных или человеческих стволовых/прогениторных клеток реконструировать эндометриальную ткань.

Разница в числе, функциях, регуляции, локализации эндометриальных стволовых/прогениторных клеток может стать определяющим звеном в патогенезе таких заболеваний, как гиперплазия эндометрия, аденомиоз, миома матки, рак эндометрия.

Таким образом, в настоящее время, учитывая отсутствие четкой картины патогенеза этих заболеваний, необходимо систематизировать все имеющиеся данные по этой проблеме для того, чтобы иметь потенциал к открытию новых подходов в их лечении.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Биология стволовых клеток и клеточные технологии / Под ред. М.А. Пальцева. -М.: Медицина, Шико. - 2009. - Т. 1. - 272 с.

[2] Сидорова И.С., Унанян А.Л., Коган Е.А. Эндометриоз тела матки и яичников. - М., 2008.

[3] Сидорова И.С., Унанян А.Е., Коган Е.А. Миома матки в сочетании с аденомиозом. Пути фармакологической коррекции // Врач. - 2007. - № 3. - С. 101-102.

[4] Сидорова И. С., Шешукова Н.А., Закаблукова С.В. Патология эндометрия при наличии миомы матки // Гинекология. - 2006. - Т. 8. - № 4.

[5] Станоевич И., Ищенко А., Кудрина Е., Коган Е. Эффективность гормонотерапии и таргетных медикаментозных средств при гиперплазии эндометрия // Врач. - 2008. -№ 7.

[6] Клинические рекомендации. Акушерство и гинекология / Под ред. В.И. Кулакова. -М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006.

[7] Gargett С.Е. Isolation and Culture of Epithelial Progenitors and Mesenchimal Stem Cells from Human Endometrium // Hum Reprod. 2007. - № 13. - P. 87-101.

[8] Gargett C.E., Schwab K.E., ZillwoodR.M., Hong P.T., Nguyen andDi Wu. Isolation and Culture of Epithelial Progenitors and Mesenchimal Stem Cells from Human Endometrium // Biol. Reprod. - 2009. - № 80. - Р. 1136-1145.

[9] Dominici M., Le Blanc K., Mueler I., Slaper-Cortenbach I., Marini F., Krause D.S., Deans R., Keating A., Prockop D.J., Horwitz E. Minimal criteria for defining multipotent mesenchimal stromal cells // The international Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. - 2006. - № 8. - Р. 315-317.

[10] Cargett C.E. Identification and characterization of human endometrial stem/progenitor cells // Australian and New Zealand Journal of Obstetrics and Gynaecology. - 2006. -№ 46. - Р. 250-253.

[11] Gargett C.E., ZillwoodR., Schwarb K.E. Characteristing the stem cell activity of human endometrial cells // Hum. Reprod. - 2005. - № 20 (suppl. 1).

[12] Kern S., Eichler H., Stoeve J., Kluter H., Bieback K. Comparative analysis of mesenchimal stem cells from bone marrow, umbilical cord blood or adipose tissue // Stem. cells. -2006.

[13] Rachel W.S., Chan R. W., Shwarb K.E., Gargett C.E. Clonogenicity of Human Endometrial Epitelial and Stromal Cells // Biology of Reproduction. - 2006. - № 70. -Р.1738-1750.

[14] Kato K., Yoshimoto M., Kato K., Adachi S., Yamayoshi A., Arirma T., Asanoma K., Kyo S., Nakahata T., Wake N. Characterization of side - population cells in human normal endometrium // Human reproduction. - 2007. - № 22. - Р. 1214-1223.

[15] Cervello I., Martinez-Conejero J.A., Horcajados J.A., Pellicer A., Simon C. Identification, characterization and co-localization of label-retaining cell population in mouse en-dometrium with typical undifferentiated markers // Human reproduction. - 2007. -№ 22. - Р. 45-51.

[16] Chan R.W., Gargett C.E. Identification of label-retaining cells in mouse endometrium // Stem cells. - 2006. - № 24. - Р. 1529-1538.

[17] Patel A.N., Park E., Kuzman M., Benetti F., Silva F.J., Allickson J.G. Multipotent menstrual blood stromal stem cells isolation, characterization, differentiation // Cell Transplant. - 2008. - № 17. - Р. 303-311.

[18] Wolff E.F., Wolff A.B., Du H., Taylor H.S. Demonstration of multipotent stem cells in the adult human endometrium by in vitro chondrogenesis // Reprod Sci. - 2007. - № 6. -P.534-533.

[19] Alcaraz C.I., Gil-Sanchis C., Perucho A.M., Valles C.S. Current understanding of endometrial stem cells // Expert Review of obstetrics and Gynecology. 2009. -Vol. 4. - № 3. -P. 273-282.

[20] Tsuji T., Yoshimoto M., Takahashi K., Noda Y., Nakahata T., Heike T. Side-population cells contributed to the genesis of human endomerium // Fertility and Sterility. - 2008. -№ 90 (suppl. 4). - Р. 1528-1537.

[21] Gotte M. Endometrial Cells Get Side-Tracked: Side Population Cells Promote Epithelial-Me-senchymal Transition in Endometrial Carcinoma // Am. J. Pathol. - 2010. - № 176 (1). -Р. 25-28.

[22] Kiyoko K., Tomoka T., Ayumi K, Yoshihiro T., Tatsuhiro O, Shinichiro Y, Sawako A., Tomoko Y, Yousuke U, Keiji K., Shinichi H, Kazuo A., Norio W. Endometrial Cancer Side-Population Cells Show Prominent Migration and Have a Potential to Differentiate into the Mesenchymal Cell Lineage // Am. J. Pathol. - 2010. - № 176. - Р. 381-392.

[23] Leyendecker G., Wildt L., Mall G. The pathophysiology of endometriosis and adenomy-osis:tissue injury and repair // Arch. Gynecol. Obstet. - 2009. - № 280 (4). - Р. 529-538.

[24] Bergeron C., Amant F. Pathology and physiology of adenomyosis // Best Pract. Res. Clin. Obstet. Gynecol. - 2006. - № 20 (4). - Р. 603-616.

[25] Parker A.M., Katz A.J. Adipose-derived stem cells for the regeneration of damaged tissues // Expert Opin. Biol. Ther. - 2006. - № 6. - Р. 567-578.

[26] Gargett C.E. Uterine stem cells: What is the evidence? // Human Reproduction Update. -2007. - № 13 (1). - Р. 87-101.

[27] Du H., Taylor H.S: Contribution of bone marrow-derived stem cells to endometrium and endometriosis // Stem cells. - 2007. - № 25 (8). - Р. 2082-2086.

[28] Herrera M.B., Bruno S., Buttiglieri S., Tetta C., Gatti S., Deregibus M.C., Bussolati B., Camussi G. Isolation and characterization of a stem cell population from adult human liver // Cells Tissues Organs. - 2007. - № 186 (3). - Р. 180-191.

[29] Majka S.M., Beutz M.A., Hagen M., Izzo A.A., Voelkel N., Helm K.M. Identification of a novel resident pulmonary stem cells: form and function of the lung side population // Stem cells. - 2007. - № 25 (3). - Р. 664-669.

[30] Musina R.A., Belyavski A.V., Tarusova O.V., Solovyova E.V., Sukhikh G.T. Endometrial mesenchimal stem cells isolated from the menstrual blood // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. - 2008. - Vol. 145. - № 4. - Р. 539-543.

[31] Kayisi U.A., Seli E. Stem cells and fertility: what does the future hold? // Curr. Opin. Obstet Gynecol. - 2006. - № 18. - Р. 338-343.

[32] Ludvig T.E., Levenstein M.E., Jones J.M. et al. Derivation of human embryonic stem cells in defined conditions // Nat. Biotechnol. - 2006. - № 24. - Р. 185-187.

[33] Singec I., Jandial R., Crain A., Nikkhah G., Snyder E.F. The leading edge of stem cell therapeutics // Ann. Rev. Med. - 2007. - № 58. - Р. 313-328.

[34] Chen H.F., Kuo H.C., Chien C.L. et al. Derivation, characterization and differentiation of human embryonic stem cells: comparing serum - containing versus serum - free media and evidence of germ cell differentiation // Hum Reprod. - 2007. - № 22. - Р. 567-577.

[35] Brunstein C.G., Wagner J.E. Umbilical cord blood transplantation and banking // Ann. Rev. Med. - 2006. - № 57. - Р. 403-417.

[36] DeCoppi P., Bartsch G.Jr., SiddiquiM.M. et al. Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy // Nat. Biotechnol. - 2007. - № 25. - Р. 100-106.

STEM CELLS OF ENDOMETRIAL BASAL LAYER IN DIFFERENT GYNECOLOGICAL DISEASES

T.A. Kosikova, I.P. Knyazeva, S.E. Arakelov, E.O. Shakilicheva-Kamanets, N.D. Plaksina, Z.M. Sochova

Department of Obstetrics and Gynecology with the course of Perinathology Peoples' Friendship University of Russia Mikluho-Maklaya Str., 8, Medical Faculty, Moscow, Russia, 117198

There is a strong evidence for identification of key stem cell properties of individual epithelial and stromal cells from human endometrium. These are rare epithelial cells and stromal cells that undergo self-renewal in vitro. The clonally derived epithelial cells differentiate into cytokeratin + gland-like structures, and the stromal cells are multipotent in their capacity to differentiate into adipocytes, chondrocytes and osteoblasts. The epithelial progenitors and the mesenchymal stem cells have the regenerative capacity to restore the endo-metrium during the menstrual cycle. Further, these cells may even participate in development of pathological conditions such as endometriosis, adenomyosis, endometrial hyperplasia, and endometrial cancer, and also potentially provide a resource for cell-based therapies.

Key words: epithelial/progenitor cells, endometrium, mesenchimal stem cells, endometrial hyperplasia, adenomyosis, uterus myoma.