Роль цитокинов в дифференцировке клеток паравентрикулярной зоны головного мозга у плодов с внутриутробным энцефалитом

Паравентрикулярная зона (ПВЗ) развивающегося мозга плодов в период между 26-й и 40-й неделями беременности проходит ряд морфологических изменений, связанных с процессами миграции и дифференцировки зародышевых клеток [1]. Известно, что в исходе миграции нейробласты дифференцируются в нейроны, а глиобласты дают начало клеткам глии. Миграция нейробластов из зародышевого слоя в корковую пластинку заканчивается к 32-33-й неделе. Затем начинается миграция глиобластов, которые созревают в астроциты и олигодендроциты [2]. ПВЗ - это богато васкуляризированная область, имеющая незрелую сосудисто-капиллярную сеть, созревающую по мере исчезновения ПВЗ. Капилляры ПВЗ включают эндотелиоциты на тонкой и прерывистой базальной мембране, которая частично окружена отростками астроцитов, экспрессирующих глиальный фибриллярный белок промежуточного типа [3], немногочисленные перициты, которые не полностью окружают капилляр [4]. Отсутствие существенной механической поддержки делает сосуды ПВЗ чувствительными к увеличению давления и местной гипоксии, что ведет к субэпендимальным кровоизлияниям и прорыву крови в боковые желудочки головного мозга [5]. Значение образования сосудистой сети ПВЗ также обусловлено тем, что сосуды обеспечивают миграцию нейрональных предшественников в ряд зон головного мозга, таких как обонятельная луковица, при этом рост сосудов связан с сосудистым эндотелиальным фактором роста (VEGF), экспрессируемым астроцитами [6]. Показано, что в условиях внутриутробной гипоксии изменяются процессы клеточной дифференцировки и миграции в ПВЗ [7], а при преждевременных родах нейрогенез у новорожденных нарушается, в том числе подавляется миграция клеток из ПВЗ [8].

Трансформирующий фактор роста β (ТGF-β), являясь ключевым регулятором клеточного роста, миграции и дифференцировки, обладает нейропротективным действием, стимулирует синтез фактора роста нервных клеток [9], участвует в неоангиогенезе, экспрессируя VEGF, является противовоспалительным цитокином [10]. Фактор некроза опухолей α (ТNF-α), синтезируемый мононуклеарными фагоцитами, индуцирует антивирусную защиту и является провоспалительным цитокином [11].

Внутриутробный энцефалит характеризуется высокой летальностью плодов и новорожденных и развитием инвалидности в последующие периоды жизни, в том числе в связи с детским церебральным параличом [12]. Морфологическая картина воспалительного процесса в головном мозге характеризуется значительным полиморфизмом [13, 14], что обусловлено как полиэтиологичностью энцефалитов [12, 13], так и гетероформным реагированием нейронов в условиях патологии [14].

В этой связи изменения в клеточном составе ПВЗ, а также механизмы ее редукции и кровоизлияний при внутриутробном энцефалите у плодов человека остаются недостаточно изученными.

Целью исследования было изучение роли ряда цитокинов в процессах клеточной дифференцировки в ПВЗ у плодов человека при внутриутробном энцефалите.

Исследовали головной мозг 47 плодов, которых разделили на 2 группы: 1-ю группу составили 37 плодов при сроке гестации 26-27 нед, у которых выявляли признаки врожденного энцефалита и менингоэнцефалита. Прерывание беременности носило самопроизвольный характер в 54,1% случаев. Во 2-й (контрольной) группе было 10 плодов при сроке гестации 26-27 нед, полученных после искусственного прерывания беременности по медицинским показаниям со стороны матери (юные первородящие, психоневрологические нарушения и др.). Для световой микроскопии и иммуногистохимического исследования забирали фрагменты головного мозга, его таламическую область, фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина и проводили по стандартной методике. Готовили серийные парафиновые срезы толщиной 5 мкм, окрашивали гематоксилином и эозином, по Нисслю с последующей световой микроскопией («Axiostar, Zeiss», Германия) [15]. На парафиновых срезах методом иммуногистохимического типирования с использованием пероксидазной метки определяли при помощи моноклональных антител («Novocastra Laboratories Ltd», Великобритания) глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), эндотелий сосудов - CD34, пролиферативную активность клеток ПВЗ (Ki-67), а также экспрессию в них VEGF, TNF-α, ТGF-β. В таламической области подсчитывали численную плотность (Nai) всех клеток ПВЗ, глиальных клеток и нейронов в тестовой площади 25 мкм².

В ПВЗ подсчитывали количество (Nai) сосудов; клеток ПВЗ, экспрессирующих GFAP, VEGF, TNF-α, ТGF-β, Ki-67 в тестовой площади 25 мкм². Для оценки достоверности различий средних величин с учетом нормального распределения признаков применяли t-критерий Стьюдента при р<0,05 [16].

У плодов 1-й группы энцефалит явился проявлением генерализованной внутриутробной инфекции (86,48%), при которой врожденный менингоэнцефалит сочетался с гепатитом, интерстициально-десквамативной пневмонией, межуточным миокардитом, продуктивным энтероколитом, акцидентальной инволюцией тимуса разной степени. В 12,5% выявляли признаки задержки развития плода. Основное заболевание осложнялось геморрагическим синдромом с субэпендимальными кровоизлияниями в 20,8%, внутрижелудочковыми кровоизлияниями в 16,67%, а также лептоменингеальными кровоизлияниями (66,67%) и кровоизлияниями в хориальные сплетения (8,33%), выявляли очаги перивентрикулярной лейкомаляции, отек вещества и оболочек головного мозга.

Патоморфологические изменения в головном мозге плодов при внутриутробном энцефалите проявились очаговым (периваскулярным) продуктивным и продуктивно-некротическим воспалением, в том числе с образованием гранулем, нередко с вовлечением в воспалительный процесс мягких мозговых оболочек. При морфологическом исследовании в таламической области головного мозга отмечали неравномерное полнокровие, очаги микрокровоизлияний, дистрофические изменения нейронов с вакуолизацией цитоплазмы, хроматолизом. Изменения нейронов были представлены наличием крупных, гиперхромных или гипохромных ядер, кариопикнозом. Вокруг сосудов и в веществе головного мозга наблюдали скопления из макрофагов, лимфоцитов, в ряде случаев с примесью нейтрофилов, периваскулярный и перицеллюлярный отек, деструкцию стенок сосудов. Отмечали гиперплазию глиальных клеток с образованием очаговых скоплений. Учитывая результаты морфологического исследования головного мозга, а также наличие инфекционного поражения последа в виде виллузита, интервиллузита, базального и париетального децидуита в сочетании с хронической плацентарной недостаточностью, отрицательные результаты бактериологического исследования головного мозга, и сопутствующие воспалительные поражения внутренних органов, можно предположить, что основным путем инфицирования плода был гематогенный, а этиология, вероятно, вирусной, микоплазменной или хламидийной природы [13].

У плодов 1-й группы (внутриутробный энцефалит) ПВЗ была представлена неравномерным скоплением зародышевых клеток с очагами скопления и разрежения, полнокровными сосудами, очагами кровоизлияний. ПВЗ у плодов 2-й группы (контрольной) была представлена равномерно расположенными мелкими герминативными клетками с полнокровными сосудами.

Общее количество клеток ПВЗ таламической области головного мозга у плодов 1-й группы было меньше, чем у плодов 2-й группы на 33%, а их пролиферативная активность, наоборот, увеличена: экспрессия Ki-67-положительных клеток была больше в 1,86 раза у плодов 1-й группы по сравнению с величиной аналогичного показателя у плодов 2-й группы (табл. 1).

Результаты морфометрического исследования клеток таламической области свидетельствуют, что в этой зоне у плодов 1-й группы увеличивается количество нейронов и глиальных клеток: их численные плотности были больше по сравнению с величинами аналогичных показателей у плодов 2-й группы в 1,2 и 2,5 раза соответственно (см. табл. 1).

Известно, что GFAP является маркером зрелости астроцитов и выявляется в головном мозге у плодов при сроке гестации 14 нед [13]. Численная плотность клеток ПВЗ, экспрессирующих GFAP, у плодов 1-й группы была больше на 37% по сравнению с величиной аналогичного показателя у плодов 2-й группы (табл. 2).

У плодов 1-й группы выявляли уменьшение численной плотности сосудов ПВЗ в 3,4 раза (табл. 3).

У плодов 1-й группы выявляли увеличение численной плотности клеток, экспрессирующих ТNF-α, по сравнению с величиной аналогичного показателя у плодов 2-й группы в 1,4 раза (см. табл. 3), а количество клеток, экспрессирующих TGF-β, было меньше на 26%.

Учитывая тесные структурно-функциональные взаимоотношения нейронов, глиального ретикулума и сосудистой сети головного мозга в процессе нормального функционирования и патологического воздействия, головной мозг рассматривают как единую нейроглиососудистую систему [14]. В этой связи полученные результаты свидетельствуют, что при внутриутробном энцефалите количество нейроэпителиальных клеток в ПВЗ, несмотря на их повышенную пролиферативную активность, уменьшается, в то время как количество нейронов и глиальных клеток в таламической области увеличивается, при этом возрастает количество клеток, экспрессирующих GFAP, что можно рассматривать, вероятно, как ускоренное созревание нейроэпителия до нейронов и глиальных клеток с их миграцией из ПВЗ. Показано, что ускоренная дифференцировка клеток может быть связана с секрецией воспалительными клетками цитокинов, оказывающих регулирующие влияние на процессы дифференцировки и миграции клеток в ПВЗ, таких как IFN-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6 [17]. У плодов 1-й группы с внутриутробным энцефалитом также выявляли увеличение численной плотности клеток, экспрессирующих ТNF-α, что могло привести к нарушению процессов клеточной миграции и пополнению пула клеток в других отделах головного мозга.

Известно, что неоангиогенез в большой степени определяется ростовым фактором VEGF. В этой связи уменьшение количества клеток, его экспрессирующих, обусловило существенное уменьшение количества сосудов ПВЗ, что в свою очередь могло сопровождаться нарушением процессов клеточной миграции, осуществляемой по ходу сосудов, и пополнения пула клеток в других отделах головного мозга [18].

Сниженное количество клеток, экспрессирующих VEGF, у плодов 1-й группы могло быть связано с уменьшением численной плотности клеток, экспрессирующих ТGF-β, обладающий стимулирующим эффектом в отношении VEGF. Кроме того, уменьшение экспрессии ТGF-β, являющегося противовоспалительным цитокином, способствовало поддержанию экспрессии провоспалительного TNF-α [19]. Изменение миграции клеток из ПВЗ и их дифференцировки в нейроны и глиальные клетки, нарушение экспрессии цитокинов могло обусловить персистирующую незрелость сосудов ПВЗ и способствовать их разрыву и кровоизлияниям.

Выводы

1. Морфологические изменения в головном мозге плодов человека при внутриутробном энцефалите характеризовались продуктивным и продуктивно-некротическим воспалением и явились в большинстве случаев проявлением генерализованной внутриутробной инфекции.

2. При внутриутробном энцефалите уменьшение ее общей клеточности и увеличение пролиферативной активности клеток ПВЗ сопровождалось увеличением количества нейронов и глиальных клеток в таламической области.

3. При внутриутробном энцефалите уменьшение плотности сосудов в ПВЗ может быть обусловлено снижением экспрессии VEGF и TGF-β, обусловливающих нарушение процессов клеточной миграции и дифференцировки нейрональных предшественников.

4. При внутриутробном энцефалите в клетках ПВЗ повышена экспрессия провоспалительного цитокина TNF-α, что, вероятно, обусловлено вирусной этиологией энцефалита.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: А.П.Н.

Сбор и обработка материала: О.В.П.

Написание текста: М.А.Т.

Редактирование: А.П.Н.

Конфликт интересов отсутствует.