Васкулогенез и ангиогенез в развитии плаценты

ОБЗОРЫ

© Д. И. Соколов ВАСКУЛОГЕНЕЗ И АНГИОГЕНЕЗ В РАЗВИТИИ

ПЛАЦЕНТЫ

НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта РАМН, Санкт-Петербург

В настоящем обзоре рассмотрены известные на сегодня сведения о роли васкулогенеза и ангиогенеза, а также проангиогенных и антиангиогенных факторов в формировании сосудистой сети плаценты на разных этапах

ее развития.

Ключевые слова: васкулогенез; ангиогенез; эндотелиальные клетки; плацента

Введение

Нормальное развитие плаценты зависит от достаточной ок-сигенации и обмена веществ через плаценту, который обеспечивается гемохориальной плацентацией. Для этого необходима соответствующая трансформация материнских спиральных артерий миометрия трофобластом при его инвазии. В результате формируются оптимальный контакт между маткой и плацентой и хорошо развитая сосудистая сеть.

При имплантации зародыша клетки трофобласта дифференцированы на синцитиотрофобласт и цитотрофобласт. Синцитиотрофобласт проникает в ткань матки, создавая контакты с материнскими сосудами. Затем в пределах синци-тиотрофобласта формируются лакуны, после чего происходит формирование первых фетальных капилляров, которые появляются в пластинке хориона. Формирование новых сосудов в плаценте начинается с процессов васкулогенеза в конце третьей недели гестации, когда в пределах ворсинок клетки мезенхимы дифференцируются в гемангиобласты, а затем часть из них трансформируется в эндотелиальные клетки, образующие примитивные сосудоподобные структуры. Примитивная сосудистая сеть трансформируется в зрелую путем формирования новых сосудов и ремоделирования существующих сосудов, что происходит в основном за счет процессов ангиогенеза. При ре-моделировании материнских спиральных артерий клетки тро-фобласта проникают глубоко в ткань матки, разрушая верхние участки материнских спиральных артерий. Материнская кровь изливается в плацентарный лабиринт и омывает ворсинки трофобласта, дренированные венозными синусами.

Васкулогенез и ангиогенез — основные механизмы развития плаценты

Нормальное развитие плаценты напрямую зависит от удачной инвазии трофобласта, процессов васкулогенеза и ангиогенеза. Васкулогенез — образование и развитие кровеносных сосудов de novo из мезодермальных клеток-предшественников, тогда как ангиогенез — это создание новых сосудов из уже существующих сосудов. Оба процесса имеют решающее значение, потому что от них зависит эффективная транспортировка кислорода, питательных веществ и выведение продуктов обмена веществ. Плацента растет быстро и постоянно должна удовлетворять увеличивающиеся метаболические потребности растущего плода. Поэтому сосудистая сеть плаценты обладает пластичностью и динамически изменяется в течение беременности. В ходе васкулогенеза новые капилляры образуются путем миграции и дифференцировки клеток-предшественников эндотелиальных клеток — гемангиобластов. Дифференцировка мезенхимальных клеток-предшественни-

ков в гемангиобласты, их дальнейшая дифферен-цировка в эндотелиальные клетки находятся под контролем ростовых факторов VEGF (фактор роста эндотелия сосудов) и bFGF (фактор роста фибробластов) и их рецепторов VEGF-R и FGF-R. Процессы васкулогенеза и ангиогенеза также находятся под контролем различных ростовых факторов. Образование новых сосудов находится под контролем VEGF и его рецепторов VEGFR-1 и VEGFR-2, а также ангиопоэтинов Ang-1 и Ang-2, действующих на эндотелиальные клетки через рецепторы Tie-1 и Tie-2. Установлено, что эндотелиальные клетки, а также мезенхимальные клетки, из которых дифференцируются эндотелиальные клетки, экспрессируют рецептор VEGF-R2 [5, 8, 11, 13, 23], в то время как VEGF экспрессируют клетки трофобласта, обеспечивая дифференци-ровку, миграцию и пролиферацию эндотелиаль-ных клеток, формирование новой сети сосудов. Ang-1 и его рецептор Tie-2, экспрессирующийся на эндотелиальных клетках сосудов хориона в развивающейся плаценте, обеспечивают стабилизацию этих сосудов перицитами и гладкомышеч-ными клетками. Ang-2 и его рецептор Tie-2, который экспрессируется на эндотелиальных клетках материнских сосудов плаценты, обеспечивают процессы их ремоделирования. Таким образом, паракринная регуляция ремоделирования сосудов плаценты обеспечивается VEGF/VEGF-R1 и Ang-1/Tie-2, которые контролируют дифференци-ровку и инвазию трофобласта; VEGF/VEGF-R2 и Ang-1/Tie-2, определяющих развитие фетопла-центарных сосудов; Ang-2/Tie-2, регулирующих процессы ремоделирования материнских сосудов. [3, 21, 23]. Материнские сосуды трансформируются так, чтобы обеспечить маточно-плацентарную циркуляцию крови. Инвазия трофобласта происходит глубоко под материнские спиральные артерии, которые полностью разрушаются, а плацентарный лабиринт представляет собой открытые окончания спиральных артерий.

Дальнейшее формирование сосудистой сети плаценты идет путем ангиогенеза. Образование новых сосудов из предсуществующих в ходе ангиогенеза осуществляется за счет трех основных механизмов ангиогенеза: элонгации, инвагинации и капиллярного почкования. Элонгация (elongation) — удлинение сосуда за счет пролиферации эндотели-альных клеток по длине сосуда (пролиферативная элонгация), либо за счет включения циркулирующих клеток-предшественников в стенку сосуда и их дальнейшей пролиферации (вставочная элонгация). При этом целостность сосудистой стенки не нарушается и сосуд не тромбируется. Наиболее часто процесс элонгации можно обнаружить в растущих тканях, в том числе в плаценте, где постоян-

но происходит реструктуризация сосудистой сети в ответ на различные метаболические стимулы от окружающих клеток. При помощи элонгации идет так называемый неразветвляющий ангиогенез, результатом которого является простое удлинение сосудов плаценты. Инвагинация (intussusception) — образование нового сосуда внутри просвета предыдущего за счет миграции эндотелиальных клеток внутрь просвета. Капиллярное почкование (sprouting) — образование новой боковой ветви сосуда при помощи латерального роста — можно наблюдать при быстром росте желтого тела после овуляции, при заживлении ран и при развитии собственной сосудистой сети в опухолевой ткани. При помощи инвагинации и капиллярного почкования идет так называемый разветвляющий ан-гиогенез, результатом которого является образование густой ветвящейся сети сосудов плаценты [15, 22]. Необходимо отметить, что отечественные эмбриологи помимо двух описанных этапов формирования сосудов плаценты путем васкулогенеза и ангиогенеза выделяют еще как минимум два механизма образования сосудов [1]. К ним относятся петлевидный (петлевой) рост сосудов, проявляющийся размножением сосудистых петель, и рост сосудов путем образования сосудов-спутников, связанный с анастомозированием ростовых зачатков с теми же микрососудами, от которых они отпочковываются. В основе петлевидного роста сосудов лежит пролиферация сосудистых петель по принципу «петля от петли», когда пролиферация сформированных петель проявляется образованием дочерних петель. Уникальность этого феномена заключается в том, что новообразование сосудов и освоение ими увеличивающейся массы растущих тканей сочетается с непрерывающейся циркуляцией крови в них.

Ангиогенез в норме состоит из нескольких сменяющих друг друга этапов:

• деградация базальной мембраны, фибрина и интерстициального матрикса эндотелиальны-ми клетками. На этом этапе важную роль играют TNFa (фактор некроза опухолей-a), IL-1 (интерлейкин-1), продуцируемые моноцитами/ макрофагами, IL-8, bFGF, VEGF;

• миграция эндотелиальных клеток, которая контролируется GM-CSF (гранулоцитарно-моно-цитарный колониестимулирующий ростовой фактор), G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий ростовой фактор), IL-3, IL-8, GROa (ростовой регуляторный онкоген-a);

• ключевая роль в регуляции следующего этапа ангиогенеза сосудов плаценты — пролиферации эндотелиальных клеток — принадлежит VEGF, bFGF и P1GF (плацентарный ростовой фактор). На пролиферацию эндотелиальных

клеток сосудов плаценты могут также влиять различные провоспалительные цитокины (TNFa, IL-1, IL-6), противовоспалительные цитокины (IL-4, IL-10, TGFß, IFNy), ростовые факторы (GM-CSF, G-CSF, IL-3) и хемокины (IL-8, GROa); • формирование новых капиллярных трубок и новой базальной мембраны контролируется VEGF, bFGF, P1GF, TNFa, IL-1, IL-6. В эндогенной регуляции ангиогенеза участвуют ростовые факторы bFGF, VEGF, P1GF. Основными источниками этих цитокинов в плаценте могут быть как сами эндотелиальные клетки, так и плацентарные макрофаги. VEGF оказывают ангиогенное действие, стимулируя миграцию, пролиферацию и протеолитическую активность эндотелиальных клеток. VEGF также индуцирует экспрессию на эндотелиальных клетках адгезионных молекул ICAM-1 и VCAM-1, увеличивает жизнеспособность эндотелиальных клеток, защищая клетки от апоптоза, индуцированного TNFa, повышая экспрессию антиапоптотического белка Вс1-2 в эндотелиальных клетках и увеличивая адгезию клеток к матриксу за счет усиления экспрессии ин-тегринов на поверхности эндотелиальных клеток. bFGF способствует выживанию эндотелиальных клеток и их защите от апоптоза, что также связано с усилением экспрессии Вс1-2. P1GF потенцирует пролиферацию стимулирующее действие VEGF в отношении эндотелиальных клеток, а также увеличивает проницаемость сосудов [6, 12]. Ростовые факторы и хемоаттрактанты, которые сохраняются в экстрацеллюлярном матриксе и выделяются в результате его деградации, становятся факторами ангиогенеза. В составе экстрацеллюлярного мат-рикса обнаружены проангиогенные (bFGF, TGFß, VEGF, PDGF) и антиангиогенные факторы, как, например, TSP-1 (тромбоспондин-1). TSP-1 сек-ретируется активированными макрофагами и ин-гибирует пролиферацию эндотелиальных клеток. Ростовые факторы G-CSF и GM-CSF оказывают выраженное влияние на миграцию и пролиферацию эндотелиальных клеток [18].

При гипоксии, которая в норме стимулирует ангиогенез на начальных этапах плацентации, усиливается ангиогенез за счет повышения продукции ангиогенных ростовых факторов (VEGF) гладкомышечными клетками и фибробластами и усиления экспрессии VEGF-рецепторов на эндотелиальных клетках. С другой стороны, гипоксия на поздних сроках гестации может привести к нарушению всех функций эндотелиальных клеток и, в конечном счете, к их апоптозу [6].

На поздних стадиях ангиогенеза макрофаги, фибробласты и гладкомышечные клетки секрети-руют антиангиогенные факторы, тормозящие миг-

рацию и пролиферацию эндотелиальных клеток, не снижая их жизнеспособность. К ингибиторам ангиогенеза относят следующие цитокины и факторы: TGFßl, IL-12, IFNy, IFNa, IP-10, MIG, PF4, TNFa [18].

Выживание и апоптоз эндотелиальных клеток — противоположные, но необходимые для ангиогенеза процессы, которые регулируются балансом проангиогенных и антиангиогенных факторов. Проангиогенные молекулы (VEGF, bFGF, P1GF, NO) поддерживают выживание эндотелиальных клеток за счет взаимосвязи эндоте-лиальных клеток друг с другом и с компонентами внеклеточного матрикса. Антиангиогенные молекулы (TSP-1, ангиостатин, TNFa, TGFß, IFNy) могут индуцировать апоптоз через активацию проапоптотических Вах-белков, протеинкиназы С или каспаз. Особый интерес представляет TNFa, который способен в определенных условиях защищать эндотелиальные клетки от апоптоза и увеличивать их жизнеспособность через индукцию экспрессии антиапоптотического белка А1 и секреции эндотелиальными клетками проангиогенных факторов (IL-8, VEGF, bFGF), а также через усиление экспрессии рецепторов для VEGF (Flt-1, KDR). При этом VEGF и bFGF аутокрин-но способны усиливать экспрессию антиапоптотического белка Вс1-2 и экспрессию интегринов, что приводит к увеличенной жизнеспособности эндотелиальных клеток. С другой стороны, при высоких концентрациях TNFa вызывает апоптоз эндотелиальных клеток. Поддержание жизнеспособности эндотелиальных клеток тесно связано с их прикреплением к компонентам внеклеточного матрикса, опосредованным интегринами (avß5). При этом в норме достигается баланс между сигналами пролиферации и апоптоза эндотелиальных клеток [9, 14, 17, 20].

Васкулогенез и ангиогенез на различных этапах развития плаценты

Развитие первичных ворсин плаценты из клеток трофобласта происходит в течение первых 28 дней после зачатия. Приблизительно через 15-22 дня после зачатия происходит инвазия внезародышевых мезодермальных клеток в первичные ворсины, что приводит к формированию вторичных ворсин. В течение следующих 7 дней мезенхимальные клетки, произошедшие из внеза-родышевой мезодермы, дифференцируются в ге-мангиобласты, которые далее дифференцируются в ангиобласты, эндотелиальные клетки и гема-топоэтические клетки (28-й день после зачатия). Фетоплацентарная сосудистая система на этом этапе образуется при помощи процессов васкулогенеза. В результате формируются третичные

ворсины, имеющие примитивную капиллярную сеть. Перед формированием примитивных сосудов в мезенхиме вторичных ворсинок появляются мезенхимальные макрофаги (клетки Кащенко-Гофбауэра), которые секретируют ангиогенные факторы роста, обеспечивая паракринную регуляцию васкулогенеза. Напротив, секреция ангиоген-ных факторов децидуальными клетками и материнскими макрофагами обеспечивает паракринную регуляцию, определяющую инвазию трофобласта в материнские кровеносные сосуды. Начиная с этой стадии развития до конца первого триместра беременности новые фетальные сосуды образуются путем разветвляющего ангиогенеза (капиллярное почкование и инвагинация), что в результате приводит к формированию капиллярной сети в пределах стволовых и незрелых промежуточных ворсин. С момента формирования первичного сосудистого сплетения новые сосуды сначала образуются преимущественно путем инвагинации и капиллярного почкования (разветвляющего ангио-генеза), а затем, начиная с третьего триместра и до конца беременности, преимущественно путем элонгации и внедрения эндотелиальных клеток в стенку сосуда (неразветвляющего ангиогенеза). Дальнейшая дифференцировка сформированной сосудистой сети происходит благодаря миграции перицитов и гладкомышечных клеток. В результате формируется зрелая сеть из сосудов разного размера, которая входит в состав сначала зрелых промежуточных ворсин, а затем зрелых терминальных ворсин. Уменьшение пролиферации клеток трофобласта и увеличение пролиферации эндотелиальных клеток по длине капилляров приводит к образованию терминальных ворсин. Все перечисленные морфологические этапы развития сосудов плаценты контролируются различными ростовыми факторами. Установлено, что возрастание концентрации VEGF и Ang-1 и снижение концентрации Ang-2 в ткани плаценты напрямую коррелирует с переходом от васкулогенеза к разветвляющему ангиогенезу, а затем к неразветвля-ющему ангиогенезу [15, 22].

Заключение

Васкулогенез и ангиогенез представляют собой сложные процессы, которые регулируются множеством цитокинов, ростовых факторов, а также характером взаимодействия эндотелиальных клеток друг с другом, с компонентами экстрацеллю-лярного матрикса и с клетками микроокружения, такими как макрофаги, гладкомышечные клетки, фибробласты. Инициация, протекание и завершение ангиогенеза зависит от баланса проангиоген-ных и антиангиогенных факторов в микроокружении эндотелиальных клеток. Особое значение для

развития сосудистой сети и ее нормального функционирования имеют факторы, стимулирующие пролиферацию эндотелиальных клеток и увеличивающие их жизнеспособность. С другой стороны, апоптоз эндотелиальных клеток — физиологический процесс, необходимый для нормального развития сосудистой сети плаценты путем ангио-генеза и ремоделирования сосудов. В ходе нормального развития плаценты происходит смена процессов васкулогенеза процессами ангиогенеза. Причем на начальных этапах развития плаценты наблюдается преобладание неразветвляющего ан-гиогенеза, который затем сменяется процессами разветвляющего ангиогенеза. На конечных этапах существования плаценты сосудистая сеть развивается благодаря балансу между разветвляющим и неразветвляющим ангиогенезом. Нарушение такого баланса приводит к патологической выраженности одного из механизмов ангиогенеза, что приводит к нарушению нормального строения сосудистой сети плаценты, недостаточной оксигена-ции клеток плаценты [2, 4, 7, 10, 16, 19]. Таким образом, для нормального развития и функционирования плаценты важно равновесие между различными механизмами ангиогенеза, а также баланс между процессами ангиогенеза и апоптоза, которые поддерживаются соотношением проангио-генных и антиангиогенных факторов, секретируе-мых как самими эндотелиальными клетками, так и клетками микроокружения. Изменение баланса цитокинов и ростовых факторов в микроокружении эндотелиальных клеток лежит в основе патологических нарушений плацентации, гестации на различных сроках беременности и преждевременных родов.

Работа поддержана грантами Президента РФ № НШ-5268.2006.7 и МК-1355.2007.7.

Литература

1. Кораблев А. В. Гемомикроциркуляторное русло: развитие в эмбриогенезе, патология / Кораблев А. В., Николаева Т. Н. — М.: Изд-во РГМУ, 1999.

2. Activation of endothelial cells in preeclampsia: increased neutrophil-endothelial adhesion correlates with up-regulation of adhesion molecule P-selectin in human umbilical vein endothelial cells isolated from preeclampsia / Wang Y., Adair C. D., Coe L., Weeks J. W. [et al.] // J. Soc. Gynecol. Investig. — 1998. — Vol. 5. — P. 237-243.

3. Angiopoietin-1 and angiopoietin-2 activate trophoblast Tie-2 to promote growth and migration during placental development / Dunk C., Shams M., Nijjar S., Rhaman M. [et al.] // Am. J. of Pathol. — 2000. — Vol. 156. — P. 2185-2199.

4. Brosens I. A. The role of the spiral arteries in the pathogenesis of preeclampsia / Brosens I. A., Robertson W. B., Dixon H. G. // Obstet. Gynecol. Ann. — 1972. — Vol. 1. — P. 177-191.

ЖУРНАЛЪ АКУШЕРСТВА ™ЖЕНСКИХЪ БОЛЪЗНЕЙ TO M LVI В Ы П УС К 3/2007 ISSN 1684-0461

5. ClarkD. E. Localization of VEGF and expression of its receptors fit and KDR in human placenta throughout pregnancy / Clark D. E., Smith S. K., Sharkey A. M., Charnock-Jones D. S. // Hum. Reprod. — 1996. — Vol. 11. — P. 1090-1098.

6. ClarkD. E. Placental angiogenesis: role of the VEGF family of proteins / Clark D. E., Charnock-Jones D. S. // Angiogenesis. — 1998. — Vol. 2, N 4. — P. 309-318.

7. Dekker G. A. Etiology and pathogenesis of preeclampsia: current concepts / Dekker G. A., Sibai B. M. // Am. J. Obstet. Gynecol. — 1998. — Vol. 179. — P. 1359-1375.

8. Developmental regulation of vascular growth/permeability factor messenger ribonucleic acid levels in and vasculariza-tion of the villous placenta during baboon pregnancy / Hildebrandt V. A., Babischkin J. S., Koos R. D., Pepe G. J. [et al.] // Endocrin. — 2001. — Vol. 142. — P. 2050-2057.

9. Dimmeler S. Endothelial cell apoptosis in angiogenesis and vessel regression / Dimmeler S., Zeiher A. M. // Circ. Res. — 2000. — Vol. 87. — P. 434-439.

10. Evidence of endothelial activation and endothelial activators in cord blood of infants of pree-clamptic women / Davidge S. T., Signorella A. P., Lykins D. L., Gilmour C. H. [et al.] // Am. J. Obstet. Gynecol. — 1996. — Vol. 175. — P. 1301-1306.

11. Expression of vascular endothelial growth factor receptors 1, 2 and 3 in placentas from normal and complicated pregnancies / Helske S., Vuorela P., Carpen O., Hornig C. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2001. — Vol. 7. — P. 205-210.

12. FerraraN. Role of vascular endothelial growth factor in regulation of physiological angiogenesis / Ferrara N. // Am. J. Physiol. Cell Physiol. — 2001. — Vol. 280. — P. C1358-C1366.

13. Human placental vascular development: vasculogenic and angiogenic (branching and nonbranching) transformation is regulated by vascular endothelial growth factor-A, angiopoietin-1 and angiopoietin-2 / Geva E., Ginzinger D. G., Zaloudek C. J., Moore D. H. [et al.] // J. of Clin. Endocrin. and Metab. — 2002. — Vol. 87. — P. 4213-4224.

14. Maier J. A. The differential response to interferon y by normal and transformed endothelial cells / Maier J. A., Morelli D., Balsari A. // Biochem. and Biophis. Research Comm. — 1995. — Vol. 214, N 2. — P. 582-588.

15. Malassine A. A comparison of placental development and endocrine functions between the human and mouse model / Malassine A., Frendo1 J.-L., Evain-Brion D. // Human Reprod. Update. — 2003. — Vol. 9, N 6. — P. 531-539.

16. Mayhew T. M. Aspects of human fetoplacental vasculogenesis and angiogenesis. III. Changes in Complicated Pregnancies /

Mayhew T. M., Charnock-Jones D. S., Kaufmann P. // Placenta. — 2004. — Vol. 25. — P. 127-139.

17. Nor J. E. Role of endothelial cell survival and death signals in angiogenesis / Nor J. E., Polverini P. J. // Angiogenesis. — 1999. — Vol. 3. — P. 101-116.

18. Polverini P. J. How the extracellular matrix and macrophages contribute to angiogenesis-dependent diseases / Polverini P. J. // Europ. J. of Cancer. — 1996. — Vol. 32A, N 14. — P. 2430-2437.

19. Roberts J. M. Preeclampsia: Recent Insights / Roberts J. M., Gammill H. S. // Hypertension. — 2005. — Vol. 46. — P. 1243-1249.

20. Rupp P. A. Integrins in Vascular Development / Rupp P. A., Little C. D. // Circ. Res. — 2001. — Vol. 89. — P. 566-572.

21. Tie-2 and angiopoietin-2 expression at the fetal-maternal interface: a receptor ligand model for vascular remodeling / Goldman-Wohl D. S., Ariel I., Greenfield C., Lavy Y. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2000. — Vol. 6. — P. 81-87.

22. Villous sprouting: fundamental mechanisms of human placental development / Castellucci M., Kosanke G., Verdenelli F., Huppertz B. [et al.] // Hum. Reprod. Update. — 2000. — Vol. 6, N 5. — P. 485-494.

23. Wulff C. Hemochorial placentation in the primate: expression of vascular endothelial growth factor, angio-poietins and their receptors throughout pregnancy / Wulff C., Dickson S. E., Wilson H., Wiegand S. J. // Biol. of Reprod. — 2002. — Vol. 66. — P. 802-812.

Статья представлена Н. Г. Павловой НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта РАМН,

Санкт-Петербург

VASCULOGENESIS AND ANGIOGENESIS IN DEVELOPMENT OF A PLACENTA

Sokolov D. I.

Summary: In the review data known for today on a role of vasculogenesis and angiogenesis, and also proangiogenic and anti factors in formation of a vascular network of a placenta at different stages of its development are considered.

Key words: vasculogenesis; angiogenesis; endothelial cells; placenta