Сложность иммунной регуляции на границе раздела между организмами матери и плода – в том, что она служит противоречивым иммунологическим целям. С одной стороны, иммунитет защищает плод от материнских патогенов, а с другой – предотвращает отторжение генетически отличных от матери плода и плаценты.

Ткани матери и плода находятся в прямом контакте там, где плацента плода вторгается и имплантируется в слой материнской ткани эндометрия – децидуальной оболочке. В децидуальной оболочке много материнских лейкоцитов, особенно естественных киллеров (NK) и регуляторных T-клеток (Treg). Эти клетки обеспечивают защитный иммунитет и препятствуют отторжению плода.

Кроме предотвращения передачи плоду материнских патогенов, для здоровой беременности важна правильная регуляция передачи сигналов цитокинов, включая интерфероны (ИФН).

Сигнализация интерферона

Интерфероны делятся на три семейства: I, II и III тип. Каждый тип использует для передачи сигнала свои клеточные рецепторы, у каждого – свои функциональные свойства.

У людей, мышей и нечеловекообразных приматов ИФН I типа включают в себя ИФН-альфа, ИФН-бета, ИФН-эпсилон, ИФН-каппа, у приматов – ИФН-омега, у мышей – ИФН-дзета. Дополнительные ИФН I обнаружены у других млекопитающих, например, ИФН-тау у жвачных животных и ИФН-дельта у свиней. Все ИФН I типа передают сигнал через один и тот же рецептор IFNAR.

Семейство ИФН II состоит из одного члена – ИФН-гамма, который передает сигнал через рецептор IFNGR.

Интерфероны III типа – подтипы ИФН-лямбда. Все ИФН III передают сигнал через рецептор IFNLR.

Так как каждое семейство интерферонов использует для передачи сигналов свои рецепторы, нацеливание на рецепторы дает возможность избирательно подавить активность всего семейства ИФН. В лабораторных условиях для этого используют генетически измененных мышей, у которых отсутствует рецептор интерферона глобально или в определенных типах клеток: например, мышей Ifnar1 – / -, Ifngr1 – / – и Ifnlr1 – / -. Также используют моноклональные антитела, блокирующие рецепторы интерферона, или нацеливание на рецепторы интерферона в культуре клеток с помощью подходов нокдауна или редактирования генов.

Несмотря на использование разных рецепторов, интерфероны I и III типов во многом функционально схожи. Оба типа ИФН выделяются, когда рецептор распознавания образов (PRR) распознает вирусную инфекцию. Интерфероны связываются с рецептором и активируют ИФН-стимулированные гены (ISG), которые ограничивают проникновение, репликацию и распространение вирусов. ИФН I и III также выполняют иммуномодулирующие функции, влияя на адаптивный иммунный ответ.

Хотя ИФН I и III запускают сходные противовирусные ответы, они обладают различным физиологическим действием, которое в значительной степени определяется экспрессией рецептора интерферона. IFNAR экспрессируется повсеместно, но экспрессия IFNLR наиболее высока на эпителиальных клетках и некоторых подмножествах иммунных клеток, включая нейтрофилы и NK-клетки. Более того, хотя выработка ИФН I и III активируется сходными путями передачи сигналов PRR, некоторые стимулы способствуют выработке только ИФН III. Среди таких стимулов – инфекции респираторных эпителиальных клеток, передача сигналов PRR MAVS от пероксисом, а не от митохондрий, передача сигналов PRR TLR4 от плазматической мембраны, а не от эндосом. В целом, передача сигналов ИФН III является менее мощной и менее воспалительной, чем ИФН I. Передача сигналов ИФН III преобладает на анатомических барьерах, поэтому ИФН III обеспечивают первую линию защиты от вирусов в эпителии и сводят к минимуму активацию системного ответа ИФН I и иммунные патологии.

В то время как интерфероны I и III типов наиболее известны своим противовирусным действием, интерферон II типа обладает провоспалительными и иммуномодулирующими функциями. ИФН II также подавляет вирусные инфекции. ИФН II продуцируется Т-клетками и NK-клетками и действует на более поздних стадиях инфекции, очищая инфицированные ткани от вирусов.

Пересечение ответов ИФН I и II может повлиять на исход инфекции. Например, подавление рецептора интерферона II типа с помощью передачи сигналов ИФН I приводит к более тяжелой инфекции Listeria monocytogenes у мышей без рецептора ИФН I (Ifnar1 – / -). Хотя мыши Ifnar1 – / – обычно обладают повышенной восприимчивостью к большинству вирусных инфекций, эти мыши защищены от инфекции многими бактериальными и простейшими патогенами, иммунная защита от которых сильно зависит от ИФН II типа.

Передача сигналов интерферона во время беременности

У беременности несколько стадий развития, включая имплантацию, рост плода и роды. У каждой из стадий свои уникальные иммунологические требования. Ранние события беременности, такие как прикрепление зародыша к стенке матки и последующее врастание плаценты, – воспалительные процессы, которые физически разрушают и модифицируют материнскую ткань в месте имплантации. Напротив, рост плода происходит в среде противовоспалительных T-хелперов 2 типа (Th2). Эта среда характерна для большей части беременности. Наконец, роды – это воспалительный процесс. Поскольку имплантация, рост плода и роды имеют разные иммунологические особенности, ИФН играют разные роли на каждой стадии беременности. Соответственно, ИФН могут оказывать различное действие при вирусной инфекции на разных стадиях беременности.

Перед имплантацией зародыш окружен оболочкой – трофэктодермой, которая прикрепляется к материнскому эндометрию и становится слоями трофобласта, составляющими плаценту. У мышей ИФН I экспрессируются в трофэктодерме до имплантации зародыша, в децидуальной оболочке после имплантации и в нескольких слоях трофобласта в середине беременности. Соответственно, в постимплантационной децидуальной оболочке также активируются ISG.

ИФН-гамма также продуцируется трофобластами человека на ранних сроках беременности и гигантскими клетками трофобласта мыши. Децидуальные NK-клетки с пониженным цитотоксическим потенциалом составляют большинство лейкоцитов в децидуальной оболочке матери и секретируют ИФН-гамма во время беременности. Передача сигналов ИФН-гамма на границе раздела между организмами матери и плода не только способствует приобретению специфических свойств децидуальными NK-клетками, но также способствует образованию плаценты и поддержанию децидуальной оболочки.

Кроме того, что ИФН-гамма обеспечивает здоровое развитие беременности, он связан с неблагоприятными исходами для плода в моделях врожденной инфекции на мышах:

  • Мыши без рецептора интерферона II типа (Ifngr1 – / -) реже теряют плод при инфекции Toxoplasma gondiiи Plasmodium berghei.
  • Введение антитела против ИФН-гамма защищает самок от потери плода в результате инфекции Brucella abortus.

Поскольку ИФН-гамма – ключевой компонент провоспалительных иммунных ответов, потеря плода может быть общим ответом на инфекцию и воспаление на границе раздела между организмами матери и плода у мышей.

Плацента – место контакта между кровоснабжением плода и матери. Она обеспечивает обмен питательными веществами и отходами между матерью и плодом. Материнская кровь доставляется к плаценте по спиральным артериям, которые реконструируются на ранних сроках беременности. Этот процесс включает передачу сигналов ИФН. Мыши, у которых отсутствует передача сигналов ИФН I или II, имеют неполное ремоделирование спиральной артерии. Это позволяет предположить, что ИФН I и II типа вносят вклад в этот процесс.

ИФН I выполняют различные функции при беременности у других млекопитающих:

  • Жвачные животные экспрессируют несколько подтипов ИФН-тау, который передает сигнал через IFNAR и запускает экспрессию ISG, но не защищает от вирусов. В отличие от ИФН-альфа и бета, экспрессию ИФН-тау запускает не вирусная инфекция, а развитие трофобластов. В трофобластах ИФН-тау служит фактором распознавания беременности, который влияет на гормональный статус матери до имплантации и запускает экспрессию ISG в эндометрии матери.
  • У свиней другой интерферон I типа – ИФН-дельта – вместе с ИФН-гамма влияет на экспрессию генов материнского эндометрия перед прикреплением трофобласта.
  • У макак ИФН-эпсилон секретируется эпителиальными клетками слизистой оболочки влагалища и шейки матки, а также легких, крайней плоти, тонкого и толстого кишечника.
  • ИФН-бета вырабатывается у мышей, людей и нечеловекообразных приматов и постоянно секретируется в женских половых путях. У мышей ИФН-бета экспрессируется в основном в эндометрии матки, яичниках и шейке матки и защищает от инфекций, передаваемых половым путем, включая вирус простого герпеса 2 типа и Chlamydia muridarum. Уровни ИФН-бета колеблются в зависимости от цикла эструса, а не определяются передачей сигналов PRR. Роль ИФН-бета во время беременности не описана, но из-за того, что ИФН-бета секретируется в женском репродуктивном тракте, он потенциально может защитить плод от восходящих инфекций.

Передача сигналов интерферона в мышиной модели врожденной инфекции вируса Зика

Заражение вирусом Зика (ZIKV) во время беременности может привести к неблагоприятным исходам для плода и новорожденного, включая уменьшение размеров головного мозга, задержку внутриутробного развития (ЗВУР), потерю зрения и слуха, а также выкидыш.

Чтобы исследовать вирус Зика у беременных, ученые используют мышей с дефицитом ИФН / рецепторов ИФН / дефектами передачи сигналов ИФН I или II типа / мышей, получающий антитела к рецептору ИФН I. Это нужно потому, что у мышей передача сигналов ИФН I типа ограничивает репликацию ZIKV. Врожденная инфекция ZIKV у ИФН-дефицитных мышей приводит к передаче вируса плоду, повреждению плаценты и неблагоприятным исходам беременности, включая ЗВУР и гибель плода.

Рекомбинантный ИФН-лямбда 2, введенный беременным самкам, ограничивает трансплацентарную передачу ZIKV и запускает ответ ISG как в плацентарных, так и в децидуальных клетках. Это согласуется с противовирусным действием ИФН III типа на границе раздела между организмами матери и плода.

Скрещивание матери Ifnar1 – / – и отца Ifnar1 +/− приводит к беременности, при которой у 50% плодов и их плацент, находящихся внутри маток Ifnar1 – / -, отсутствует передача сигналов ИФН I (Ifnar1 – / -), а у оставшихся 50% плодов передача сигналов ИФН I не повреждена (Ifnar1 + / -).

Передача сигналов ИФН I и III оказывает противовирусное действие на границе раздела между организмами матери и плода и ограничивает трансплацентарную передачу ZIKV у мышей. Однако плоды Ifnar1 + / – внутри маток Ifnar1 – / –  погибают от инфекции ZIKV. Это указывает на то, что передачи сигналов ИФН I плода и плаценты недостаточно для ограничения врожденной инфекции ZIKV.

У плодов Ifnar1 – / – внутри маток Ifnar1 – / – наблюдается меньше патологий, вызванных ZIKV, чем у плодов Ifnar1 + /- . Это свидетельствует о пагубном влиянии передачи сигналов ИФН I на развивающуюся плаценту и плод и подчеркивает хрупкий баланс, необходимый для материнского противовирусного иммунитета в контексте врожденной инфекции.

Неконтролируемая репликация вируса и нарушение регуляции передачи сигналов цитокинов у мышей Ifnar1 – / – приводят к высоким сывороточным концентрациям ИФН I. Это может способствовать возникновению тяжелых вызванных инфекцией патологий у плодов Ifnar1 + / – внутри маток Ifnar1 – / -. Более того, патологии, вызванные ИФН I типа, не является специфическим эффектом ZIKV, поскольку патологии у Ifnar1 + / – плодов могут быть вызваны и другими флавивирусами, а также введением имитации вирусной РНК – поли (I:C).

Напротив, передача сигналов ИФН I плода и плаценты может снизить тяжесть вирусной инфекции у матери. Сигнализация ИФН I также связана с преждевременными родами у мышей после инфицирования вирусом лимфоцитарного хориоменингита или L. monocytogenes, а также после введения поли (I:C) или липополисахарида.

Один из механизмов патологии плаценты, вызванной ИФН, может включать ответ ISG, который влияет на физиологию плаценты. Например, белки IFITM подавляют вирусную инфекцию, препятствуя слиянию мембран, но экспрессия IFITM в плаценте может нарушать слияние клеток, необходимое для образования синцитиотрофобластов – слоя клеток между кровообращением матери и плода. Это доказывает факт, что мыши, лишенные IFITM, защищены от патологии беременности, вызванной ИФН.

Хотя у мышей Ifnar1 – / – исход заболевания при вирусной инфекции хуже, при бактериальной инфекции L. monocytogenes или C. muridarum у этих мышей быстрее снижается бактериальная нагрузка в плаценте и селезенке.

Врожденная инфекция вируса Зика на модели нечеловекообразных приматов

По сравнению с небеременными, в крови беременных макак-резусов долгое время присутствует вирус Зика. То же наблюдается и у ZIKV-инфицированных беременных женщин. Врожденная инфекция ZIKV у макак-резусов приводит к исходам заболевания, аналогичным человеческим, включая инфекцию плода, патологию плаценты, невропатологию, глазные заболевания и потерю плода.

Инфекция ZIKV вызывает устойчивый системный адаптивный иммунный ответ как у беременных, так и у небеременных нечеловекообразных приматов, характеризующийся выработкой ИФН-гамма, увеличением лейкоцитов и специфическими для ZIKV антителами IgG и IgM. Во время острой инфекции ZIKV у небеременных нечеловекообразных приматов в мононуклеарных клетках периферической крови (PBMC) быстро активируется ответ ИФН I и II, а также ISG и провоспалительных цитокинов и хемокинов. Уровни ИФН I и III в PBMC коррелируют с уровнем вирусной нагрузки ZIKV в крови. Инфекция ZIKV на границе раздела между организмами матери и плода также приводит к устойчивым иммунным ответам в децидуальной оболочке матери и тканях плода. После инфицирования в крови плода увеличиваются уровни ИФН-гамма и других провоспалительных цитокинов.

Во время здоровой беременности иммунитет децидуальной оболочки строго регулируется, чтобы позволить трофобластам проникнуть в децидуальную ткань и предотвратить отторжение генетически отличной от материнских тканей плаценты. После завершения плацентации (конец первого триместра, ~ 3 недели у макак-резусов) в децидуальной оболочке матери сохраняется противовоспалительная иммунная среда. В децидуальных лейкоцитах преобладают уникальные субпопуляции NK-клеток с пониженным цитотоксическим потенциалом, а также регуляторные T-клетки и M2-подобные макрофаги.

На поздних сроках беременности (135 дней) у макак-резусов, инфицированных ZIKV, в децидуальной оболочке и ворсинчатом дереве плаценты повышен уровень воспалительных лейкоцитов, включая неклассические субпопуляции моноцитов и CD4+ Т-клетки, по сравнению с неинфицированной контрольной группой.

Хотя классические молекулы главного комплекса гистосовместимости не экспрессируются на трофобластах, иммунные ответы Treg и Th2 необходимы для предотвращения отторжения плода. Ответ ИФН-гамма и провоспалительный иммунный ответ T-хелперов 1 типа (Th1) на границе раздела между организмами матери и плода, например, в результате вирусной инфекции, может способствовать повреждению плаценты и гибели плода во время врожденной инфекции ZIKV.

Плацентарная инфекция на моделях ex vivo и клеточных культурах

Исследования ex vivo проводятся на тканях, взятых из живого организма и помещенных в искусственную среду. С помощью первичных плацентарных и децидуальных тканей, культивируемых ex vivo, ученые смоделировали инфекцию ZIKV и ответы и продукцию ИФН. Экземпляры из средней гестации человека и доношенной плаценты, культивируемой ex vivo, секретируют ИФН III типа. ИФН III защищает синцитиотрофобласты от вирусной инфекции. После инфицирования ZIKV децидуальные клетки в середине гестации продуцируют ИФН I и III, а плацентарные макрофаги продуцируют ИФН-альфа (но не ИФН-бета или ИФН-лямбда). Это указывает на дополнительные источники интерферонов I и III на границе раздела между организмами матери и плода.

Поскольку децидуальные клетки материнского происхождения реагируют на ИФН I и III, интерфероны, происходящие из плаценты, могут вызывать антивирусное состояние по обе стороны границы раздела между организмами матери и плода. Поскольку ИФН III вызывает менее мощный противовирусный ответ, чем ИФН I, передача сигналов ИФН III на границе раздела между организмами матери и плода может вызывать антивирусное состояние без иммунной патологии, вызванной ИФН I типа. Это подтверждает наблюдение: ИФН-бета вызывал патологические морфологические изменения (синцитиальные узлы и отростки) ворсинок хориона в середине беременности человека, тогда как ИФН-лямбда 3 не вызывал патологии.

Нарушение регуляции передачи сигналов интерферона при аутоиммунных заболеваниях и неблагоприятных исходах беременности

У женщин с нарушенной регуляцией передачи сигналов ИФН I – устойчивым производством ИФН или нарушением регуляции рецепторов интерферона – наблюдаются плохие исходы беременности. К ним относятся преэклампсия, повреждения плаценты, а также дефекты развития нервной системы, сходные с дефектами, вызванными врожденной инфекцией.

Повышенный уровень ИФН I во время беременности может быть патогенным, поскольку заболевания, при которых повышена продукция ИФН I, связаны с выкидышем. Эта связь наиболее очевидна у пациентов с системной красной волчанкой – ревматологическим заболеванием, характеризующимся активацией ответа ИФН I типа. Анализ PBMC беременных пациенток с волчанкой показал, что преэклампсия и другие осложнения плода связаны с высокой экспрессией ISG, в отличие от подавления ответа ИФН I, наблюдаемого во время здоровой беременности и при неосложненной беременности с волчанкой. У части пациентов с волчанкой развивается синдром антифосфолипидных антител – заболевание, связанное с выкидышем, при котором пациенты вырабатывают антитела, которые увеличивают время свертывания крови при лабораторных исследованиях, но вызывают образование тромбов in vivo.

Хотя пациенты с волчанкой вырабатывают аутоантитела, потенциально патогенная роль некоторых аутоантител остается неопределенной. Тем не менее, одним из наиболее убедительных аргументов в пользу патогенности аутоантител при волчанке является связь между аутоантителами против SSA и SSB и развитием неонатальной волчанки – заболевания, характеризующегося сыпью и другими признаками волчанки в первые несколько месяцев жизни – до тех пор, пока материнские антитела не выведутся из кровотока новорожденных. Неонатальная волчанка также может привести к необратимому повреждению проводящей системы развивающегося сердца, что потребует установки кардиостимулятора.

Хотя наличие материнских аутоантител к SSA и SSB тесно связано с риском неонатальной волчанки, экспрессия высоких уровней ИФН I также может вносить вклад в развитие этого заболевания. ИФН-альфа может подавлять образование новых кровеносных сосудов и влиять на патогенез преэклампсии при беременности с волчанкой. То, что ИФН-альфа может способствовать неонатальной волчанке, подтверждает случай: лечение ИФН-альфа во время беременности было связано с ЗВУР и лицевой сыпью, характерной для неонатальной волчанки.

Интерферонопатии, связанные с повышенным продуцированием интерферона I типа, также дают представление о вкладе ИФН I в патогенез болезней человека. Примеры интерферонопатий – синдром Айкарди-Гутьереса и STING-ассоциированная васкулопатия с началом во младенчестве (SAVI). Оба эти заболевания вызваны мутациями, которые активируют ответ ИФН I.

Хотя считается, что эти интерферонопатии вызваны повышенной продукцией ИФН I, это не было окончательно продемонстрировано у людей. У мышей SAVI связана с летальностью у беременных самок и активацией ISG у взрослых особей. Аутоиммунитет в этой модели интерферонопатии также может отражать влияние на адаптивный иммунитет. Например, помимо повышенного уровня ИФН I, у мышей с SAVI наблюдается тяжелое заболевание легких, вызванное Т-клетками. Это подчеркивает сложность определения точного вклада ИФН I в интерферонопатии, даже если в клетках пациента имеется сигнатура ИФН I типа.

Вывод

Интерфероны I, II и III типов играют важную роль во время беременности, как в поддержании нормальной физиологии на границе раздела между организмами матери и плода, так и в предотвращении передачи материнских патогенов плоду. Однако избыточная или нерегулируемая передача сигналов ИФН может быть патогенной во время беременности, осложненной вирусной инфекцией или системными интерферонопатиями, связанными с аутоиммунитетом. Понимание баланса между защитным и патогенным действием ИФН во время беременности может помочь создать новые методы лечения, чтобы улучшить исходы при осложненных беременностях, связанных с инфекциями или чрезмерной продукцией ИФН.

Источник

Protective and Pathogenic Effects of Interferon Signaling During Pregnancy