Терапевтические возможности внеклеточных везикул в репродуктивной медицине

Внеклеточные везикулы (ВВ) – это продуцируемые клетками структуры размерами от 100 до 1000 нм, окруженные двуслойной липидной мембраной, формируемые различными типами клеток и присутствующие во всех биологических жидкостях организма, в т.ч. в семенной плазме, фолликулярной жидкости [1, 2]. ВВ транспортируют различные биологически активные молекулы (белки, мРНК, микроРНК, ДНК) и обеспечивают межклеточную коммуникацию, причем не только между соседними клетками, но и клетками, удаленными друг от друга [2, 3]. Внутри ВВ обнаруживаются все известные типы РНК, и по крайней мере часть РНК сохраняют свою функциональную активность при попадании внутрь клеток-реципиентов, моделируя биологические процессы в них. ВВ выполняют множество функций в организме: от участия в процессе пигментации кожи до регуляции иммунной системы и антибактериальной активности [2–4]. Многочисленные исследования, посвященные изучению свойств ВВ, показали, что при различных заболеваниях (в частности, акушерских, сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, онкологических) могут изменяться размер, количество, состав ВВ [2, 5, 6].

Учитывая свойства ВВ, можно рассматривать их как в качестве диагностических маркеров при развитии патологических состояний, так и в качестве терапевтических агентов-переносчиков активных молекул к клеткам-мишеням, а также как альтернативу клеточной терапии [7–11]. Биологическая активность ВВ обусловлена наличием входящих в их состав белков, нуклеиновых кислот – микроРНК, некодирующих РНК, цитокинов. Способы взаимодействия ВВ с клетками-реципиентами и механизмы их взаимодействия полностью не изучены, поскольку эти процессы сложны и зависят от происхождения ВВ и от идентичности и происхождения реципиентных клеток [12].

В последнее время активно изучаются возможности терапевтического применения ВВ [7, 8, 13, 14]. В этом отношении внимания заслуживают ВВ, полученные из мезенхимальных стромальных клеток (МСК). МСК – это мультипотентные клетки, обладающие широким спектром терапевтического действия, реализующегося главным образом за счет паракринных эффектов биологически активных молекул [15]. Основными источниками МСК, получаемых в научных и клинических целях, являются костный мозг, жировая ткань, пуповинная кровь, послеродовая плацента и пуповина, амниотическая жидкость и ткань эндометрия [15, 16]. Постоянно продолжается поиск новых клеточных источников и анализ полученных МСК с точки зрения их свойств и возможных терапевтических эффектов (https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sctm.19-0202).

Интерес к терапевтическим возможностям ВВ возник благодаря исследованиям, которые продемонстрировали, что не только МСК, но и полученная от них кондиционированная среда, содержащая ВВ, обладают схожими терапевтическими свойствами [17, 18]. Описаны различные механизмы терапевтических эффектов ВВ, которые включают антиоксидантный, иммуносупрессивный, пролиферативный, антиапоптотический [9, 18, 19].

ВВ могут быть применены во многих областях медицины, учитывая разнообразие их биологических функций. К настоящему времени имеются данные об эффективности применения ВВ в неврологии, ортопедии, кардиологии и акушерстве [14, 20–22].

Необходимо подчеркнуть, что в подавляющем большинстве исследования, посвященные трансплантации ВВ-МСК, находятся на доклинической стадии, и их эффективность подтверждена только в условиях in vitro и на животных моделях, и лишь некоторые исследования описывают применение ВВ-МСК у людей. Так, в исследовании L. Kordelas (2014) ВВ-МСК были введены пациенту с выраженной реакцией «трансплантат против хозяина» после трансплантации аллогенных стволовых гемопоэтических клеток с положительным клиническим эффектом, но дальнейшее наблюдение оказалось невозможным, поскольку пациент умер через 7 месяцев от пневмонии [23]. В исследовании W. Nassar (2016) приняли участие 40 пациентов с хронической почечной недостаточностью, 20 из них получали ВВ-МСК, 20 – плацебо. Авторы исследования описывают выраженный положительный клинический эффект, в том числе противовоспалительный и антифиброзный, в группе пациентов, получивших ВВ; побочных эффектов описано не было [24]. В исследовании Г.Т. Сухих и соавт. (2021) была проанализирована переносимость введения ВВ-МСК плацентарного происхождения в послеоперационном периоде у родильниц после кесарева сечения (n=23). По сравнению с группой контроля (n=30) послеоперационный период у всех пациенток протекал без осложнений, и они раньше выписывались из стационара [14]. Проведено исследование эффективности применения ВВ-МСК в терапии хронического воспаления полости височной кости на 25 участниках, но результаты пока не опубликованы [25]; также в процессе рекрутинга участников и статистической обработки находится исследование по эффективности ВВ-МСК в терапии трофических поражений вен [25].

Что касается репродуктивной медицины, то исследования, посвященные характеристикам ВВ и возможностям применения ВВ-МСК в этой области, немногочисленны.

Крайне важна роль ВВ в гаметогенезе, оплодотворении, эмбриогенезе, имплантации. Данные литературы свидетельствуют о том, что ВВ у мужчин в семенной плазме связаны с посттестикулярным созреванием сперматозоидов, приобретением ими подвижности и снижением уровня окислительного стресса [3]; у женщин ВВ участвуют в фолликулогенезе, возобновлении мейоза ооцитов, стероидогенезе, предотвращении полиспермии после оплодотворения [2, 3, 26]. Впервые исследование ВВ в фолликулярной жидкости кобыл провели Da Silveira et al. (2012). Было сделано предположение, что фолликулярная жидкость содержит биоактивные факторы, которые могут быть предикторами качества ооцитов, а также, в свою очередь, оказывать влияние на их рост и созревание. Особое внимание уделено микроРНК, учитывая ее значимость в регуляции генной транскрипции. Было установлено различие в составе ВВ и микроРНК фолликулярной жидкости у старых и молодых особей [27]. ВВ присутствуют в маточных трубах и поддерживают жизнеспособность в них сперматозоидов, оказывают влияние на развитие эмбриона на ранних стадиях развития [2]. ВВ эндометриальной жидкости и эмбрионального происхождения являются важнейшими участниками процесса имплантации [2, 3, 27].

В последнее время набирают популярность исследования, посвященные изучению терапевтических возможностей ВВ в репродукции [28–32].

Исследование M. Liu et al. (2020) посвящено изучению эффективности применения ВВ, полученных из эмбриональных МСК (ВВ-эмбМСК), у мышей с яичниковой недостаточностью. Были проанализированы как искусственно созданные модели молодых мышей со сниженным овариальным резервом (в результате интраперитонеальной инъекции цитостатиков – циклофосфамида и бусульфана), так и старые мыши. Части мышей были введены ВВ-эмбМСК. Молодые мыши были разделены на 3 группы: 1-я – группа с яичниковой недостаточностью и введенными внутривенно ВВ-эмбМСК (n=25), 2-я – группа с яичниковой недостаточностью и введенным внутривенно плацебо (n=25), 3-я – контрольная группа без яичниковой недостаточности и с введенным внутривенно плацебо (n=25). Старые мыши были разделены на 2 группы: 1-я – с введенными ВВ-эмбМСК (n=25), 2-я – с введенным плацебо (n=25). ВВ-эмбМСК вводили трижды с интервалом 2 дня, после чего через 2 недели оценивали гормональный статус и морфологию яичников. Авторы отмечают, что в группах старых и молодых мышей с яичниковой недостаточностью, которым были введены ВВ-эмбМСК, отмечалось повышение уровня эстрадиола и АМГ, снижение ФСГ, при исследовании гистологических срезов яичников обнаруживалось меньшее количество атретичных фолликулов и большее количество первичных и вторичных фолликулов [28]. На основании проведенных лабораторно-диагностических тестов авторы сделали предположение, что эффекты ВВ-МСК реализуются через активацию сигнального пути PI3K/AKT, который играет ключевую роль в сохранении и дальнейшем росте примордиальных фолликулов. Отмечалось снижение экспрессии маркеров апоптоза – Bax и каспазы-3, а экспрессия антиапоптотического белка Bcl-2 увеличивалась в клетках гранулезы по сравнению с контрольной группой. При этом авторы отмечают, что механизм действия ВВ-МСК на сигнальные пути апоптотических процессов остается неясным и требует дальнейшего изучения [28].

В исследовании C. Liu et al. (2020) ВВ, полученные из МСК пуповинной крови (ВВ-пупМСК), вводили мышам с искусственно вызванной яичниковой недостаточностью и оценивали гормональный статус, морфологические изменения яичников, эффективность последующей процедуры ЭКО и когнитивные характеристики полученного потомства. Авторы отметили нормализацию гормонального фона через 2 недели у мышей с яичниковой недостаточностью и трансплантацией ВВ-пупМСК (n=116), увеличение количества примордиальных, первичных и вторичных фолликулов по сравнению с группой контроля (мыши с яичниковой недостаточностью и введенным плацебо). Через 4 недели при проведении ЭКО в группе мышей с ВВ-пупМСК было получено статистически значимо большее количество ооцитов, эмбрионов (при этом качество эмбрионов было схожим в обеих группах); в группе с естественным зачатием мыши, получавшие ВВ, продемонстрировали большую фертильность: им требовалось меньше времени для зачатия, они производили большее количество особей в помете. При анализе когнитивных характеристик полученного потомства во всех группах статистически значимых различий выявлено не было [29].

В исследовании F. Marinaro et al. (2018) оценивалась способность ВВ, полученных из МСК эндометриальных клеток менструальной крови (ВВ-эндМСК), повышать эффективность ЭКО у старых мышей. Часть из 125 полученных эмбрионов культивировалась в среде с добавлением ВВ-эндМСК. Было установлено, что большее количество бластоцист получено среди эмбрионов, культивируемых с добавлением ВВ-эндМСК, в результате чего исследователи пришли к выводу, что добавление ВВ-эндМСК в среду культивирования эмбрионов улучшает эмбриогенез и повышает вероятность получения бластоцист. Авторы исследования предположили, что данный эффект можно объяснить поглощением ВВ-эндМСК активных форм кислорода, что снижает потребность эмбриона в продукции эндогенной глутатионпероксидазы-1 и супероксиддисмутазы-1 и повышает компетентность их развития [30].

Заключение

Идея использования ВВ-МСК в репродуктивной медицине с целью повышения репродуктивного потенциала и эффективности программ вспомогательных репродуктивных технологий кажется крайне привлекательной, но при этом, безусловно, ограничена малочисленностью проведенных исследований по данной проблематике, использованием исключительно животных биологических моделей и отсутствием долгосрочного наблюдения за показателями здоровья биологических моделей и выявления возможных отсроченных побочных эффектов. Речь идет, прежде всего, об онкологической настороженности.

Все вышесказанное служит поводом для пристального внимания к потенциальным терапевтическим свойствам ВВ-МСК, ВВ фолликулярной жидкости и проведения соответствующих исследований в области репродукции.