Атлас новой жизни: учёные открыли неизвестный тип клеток, уникальный для беременности
Учёные представили подробный «атлас» плаценты и матки, показывающий, как эти уникальные ткани растут и развиваются на протяжении всей беременности, чтобы обеспечить развивающийся плод. Составляя эту новую карту, учёные обнаружили подтип клеток, который никогда ранее не был описан и, по-видимому, уникален для беременности. Эти клетки отсутствуют в матке вне беременности и внезапно увеличиваются в количестве в начале гестации, когда слизистая оболочка матки трансформируется, чтобы принять и поддерживать эмбрион, объяснил первый автор исследования Чэн Ван, специалист по регенеративной медицине из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF).
«Это был захватывающий момент во время исследования», — сказала старший автор исследования Цзинцзин Ли, доцент кафедры неврологии UCSF, изучающая геномику человека, об открытии этих клеток. «Мы спрашивали вокруг — никто не знает, что это такое». Эти вновь описанные клетки, по-видимому, участвуют в соединении плаценты с кровоснабжением матери и несут рецепторы, которые реагируют на каннабиноиды. Каннабиноиды включают вырабатываемые организмом химические вещества, а также соединения каннабиса ТГК и КБД. Поэтому исследователи подозревают, что эти клетки могут помочь объяснить, почему употребление каннабиса во время беременности связано с такими последствиями для здоровья, как снижение кровотока в плаценте, плохая доставка кислорода плоду, повышенный риск преждевременных родов, низкого веса при рождении и госпитализации в отделение интенсивной терапии новорождённых.
Малоподвижно, что чувствительность этих клеток к каннабиноидам полностью объясняет риски, связанные с употреблением каннабиса во время беременности, сказал Ли Live Science; другие потенциальные причины были описаны в медицинской литературе. Тем не менее, эти вновь обнаруженные клетки — фактор, заслуживающий дальнейшего изучения, сказал он.
Критически важная «лежачая полицейская»
До выхода нового исследования, опубликованного 8 апреля в журнале Nature, другие исследовательские группы картировали плаценту и матку с использованием аналогичных методов. Однако те предыдущие исследования охватывали только отдельные главы беременности. «Самое большое отличие в том, что мы смотрим на весь временной курс» — от ранней беременности до родов, сказал Ли. Новый атлас объединяет данные тканей, собранных между 5-й и 39-й неделями беременности, а затем сохранённых в банках тканей UCSF и Стэнфордского университета.
Лаборатория Ли анализирует ткани в мельчайших деталях, с разрешением отдельных клеток, причём развитие плаценты — одна из основных областей исследований команды. Их новый атлас включает снимки того, какие гены были активны и какие белки присутствовали в проанализированных клетках на определённом этапе беременности. Он также изучает «доступность хроматина», которая отражает то, как молекулы ДНК упакованы внутри клетки и какие гены могут быть активированы в данный момент. Всего команда проанализировала около 1,2 миллиона клеток плаценты и матки, включая 200 000 изолированных клеток и 1 миллион клеток, встроенных в их исходные места внутри ткани.
Работа выявила интересные связи между активностью генов данной клетки и её поведением. Например, на ранних сроках беременности определённые клетки плода внедряются в матку и её крупные артерии, помогая установить кровоток к плаценте. Используя машинное обучение, исследователи предсказали, насколько глубоко данная клетка проникнет в матку, основываясь на её активности генов. Когда это внедрение идёт не так — например, если клетки проникают недостаточно глубоко или проникают слишком глубоко, — это может способствовать таким осложнениям, как преэклампсия или приращение плаценты.
Оказывается, новый тип клеток, идентифицированный исследователями, помогает регулировать этот процесс внедрения. Посылая специфические сигналы, этот тип клеток действует как «лежачая полицейская» (speed bump), чтобы предотвратить слишком быстрое протекание процесса, сказал Ли. «Они находятся на передовой материнско-плодного интерфейса», — сказал Ли Live Science. Различные белки, переносимые этими клетками, подтверждают идею о том, что они регулируют поведение других клеток на этом критическом рубеже.
Имея на руках готовую карту, исследователи объединили свои находки с данными масштабных генетических исследований преэклампсии, преждевременных родов и потери беременности. В этих опубликованных исследованиях были обнаружены связи между конкретными вариантами генов и риском этих осложнений. Затем команда смогла определить конкретные клетки в плаценте и матке, которые активно используют эти гены и поэтому наиболее уязвимы к заболеваниям. «Вопрос в том: «В каком типе клеток эти варианты высокого риска проявят себя?»» — сказал Ли. «Это поможет нам узнать, какие клетки лежат в основе этих осложнений», и потенциально разработать методы лечения, нацеленные на эти клетки в будущем.
Хотя исследование объединяет массу данных, Ли подчеркнул, что предстоит ещё много работы. Исследование было сосредоточено на здоровых беременностях, поэтому остаётся вопрос о том, чем беременности, затронутые различными заболеваниями, отличаются от этого базового уровня. Сейчас команда работает с клиническими партнёрами, чтобы начать эти сравнения. В целом, они стремятся увеличить общее количество проанализированных клеток, чтобы убедиться, что они охватывают всё разнообразие клеток в беременной матке. «Если мы включим больше клеток, больше образцов, может быть сделано много новых, захватывающих открытий», — сказал Ли. «Так что это действительно отправная точка».
Открытие нового типа клеток, которые исследователи назвали (условно) «децидуальными стромальными клетками 4» (ДСК4), — это не просто строчка в научном журнале. Это фундаментальное изменение нашего понимания того, как организм матери и плода «договариваются» друг с другом на протяжении девяти месяцев. Беременность — это уникальный биологический процесс, в котором два генетически разных организма (мать и ребёнок) сосуществуют в тесной симбиозе. Иммунная система матери должна не отторгнуть «чужеродный» плод, но при этом защитить его от инфекций. Кровеносная система матери должна обеспечивать плод кислородом и питательными веществами, но при этом не допустить кровотечения. ДСК4, судя по всему, играют роль «дипломатов» на этой границе.
Аналогия с «лежачей полицейской» очень точна. Представьте себе, что клетки плода — это машины, которые въезжают на территорию матки. Им нужно проникнуть вглубь, чтобы построить плаценту, но если они поедут слишком быстро и глубоко, они могут «протаранить» стенку артерии или спровоцировать катастрофическое кровотечение. ДСК4 — это то самое искусственное неровное покрытие, которое заставляет машины сбросить скорость. Они выделяют сигнальные молекулы, которые говорят клеткам плода: «Стоп, слишком быстро. Давайте аккуратно, шаг за шагом». Когда этот механизм нарушается, последствия могут быть фатальными: либо преэклампсия (когда внедрение слишком поверхностное и плацента не получает достаточно крови), либо приращение плаценты (когда внедрение слишком глубокое и плацента буквально врастает в стенку матки, что грозит разрывом при родах).
Но, пожалуй, самый интригующий аспект открытия — это связь с каннабиноидами. Наличие рецепторов к каннабиноидам на этих критически важных регуляторных клетках — это «пистолет на стене», который не может не выстрелить. Употребление марихуаны во время беременности — растущая проблема в США и других странах, где каннабис легализован или декриминализован. Многие женщины ошибочно полагают, что «натуральная трава» безопаснее фармацевтических препаратов, и используют её для снятия стресса или тошноты. Исследование Ли и Вана показывает, что ТГК и КБД могут напрямую воздействовать на клетки, которые регулируют самый критический этап ранней беременности — внедрение плаценты. Это не просто статистическая корреляция, а потенциальный механизм: каннабиноиды «сбивают настройки» ДСК4, заставляя их либо слишком сильно тормозить внедрение, либо, наоборот, отпускать тормоза.
Это не означает, что любая сигарета с марихуаной гарантированно приведёт к преждевременным родам. Биологические системы обладают избыточностью и устойчивостью. Но это означает, что у беременных женщин с определёнными генетическими вариантами или сопутствующими заболеваниями (например, хроническим воспалением) даже небольшое количество каннабиноидов может стать «последней каплей», которая нарушит хрупкий баланс. Исследование даёт мощный аргумент для врачей и общественного здравоохранения: это не моральная паника, а конкретный клеточный механизм, который можно показать и объяснить.
Создание полного «атласа» — это ещё и шаг к персонализированной медицине в акушерстве. Сегодня мы лечим преэклампсию и преждевременные роды во многом «вслепую», потому что не понимаем, какие именно клетки дают сбой. Атлас Ли позволяет сопоставить генетические варианты риска, выявленные в популяционных исследованиях, с конкретными типами клеток. Если, скажем, вариант гена X связан с риском преэклампсии, мы теперь можем посмотреть в атласе: в каких клетках этот ген активен? И если он активен именно в ДСК4, то мы получаем мишень для терапии. Возможно, через 10-20 лет беременным женщинам с высоким генетическим риском будут делать анализ биопсии эндометрия до зачатия, чтобы оценить состояние их ДСК4, и назначать профилактическую терапию.
И, конечно, атлас — это не конечная точка, а начало. Тот факт, что команда Ли проанализировала 1,2 миллиона клеток, — это огромный объём данных, но беременная матка — это сложнейшая экосистема. Иммунные клетки, клетки сосудов, гладкомышечные клетки, фибробласты, эпителиальные клетки — все они взаимодействуют друг с другом. Добавление новых образцов (включая патологические беременности) и новых методов анализа (например, пространственная транскриптомика в реальном времени) приведёт к новым открытиям.
Работа Ли и Вана — это блестящий пример того, как фундаментальная наука, изучающая «базовую комплектацию» человеческого организма, решает практические проблемы. Мы получили карту неизведанной территории. Теперь предстоит долгое и увлекательное путешествие по её исследованию — с конечной целью сделать беременность более безопасной для миллионов женщин и их детей.
Эта статья носит исключительно информационный характер и не предназначена для предоставления медицинских консультаций.
