В последнее время многочисленные исследования в области изучения молекулярных основ фертильности посвящены исследованию влияния семенной плазмы (СП) на различные аспекты репродуктивной функции женщин: эффективность имплантации, течение беременности и здоровье потомства [1]. В естественных условиях оплодотворению предшествует половой акт, завершающийся эякуляцией, в результате которой в половые пути женщины поступает полный объем эякулята мужчины, который содержит как сперматозоиды и другие клеточные компоненты, так и бесклеточную фракцию – СП.
СП состоит из секретов мужских добавочных половых желез, а именно семенных пузырьков, простаты, эпидидимиса и бульбо-уретральных (Куперовых) желез. СП, в которой сперматозоиды транспортируются в женские половые пути, богата протеинами и содержит компоненты, способствующие поддержанию жизнеспособности сперматозоидов. Кроме того, СП обладает мощной способностью к буферизации, позволяющей противостоять кислой среде женских половых путей, цитотоксичной для сперматозоидов [2]. В связи с этим долгое время СП рассматривалась прежде всего как транспортная среда, обеспечивающая возможность прохождения сперматозоидов через слизистый барьер цервикального канала и их выживания во «враждебной» среде женских половых путей [3].
Накопленные за последние годы данные значительно расширили существовавшие ранее представления о роли СП в репродуктивной физиологии человека. В многочисленных экспериментах продемонстрировано, что факторы, присутствующие в СП, не только контролируют концентрацию и качество сперматозоидов в сперме, но и участвуют в формировании оптимального иммунного ответа материнского организма, необходимого для успешной имплантации и обеспечения иммунной толерантности матери к отцовским антигенам [4].
Несмотря на определенные трудности изучения влияния СП на репродуктивный тракт женщин, уже сейчас начинает формироваться понимание взаимосвязи между длительностью совместной половой жизни будущих родителей и «иммунитетом» против таких осложнений беременности, как преэклампсия и задержка роста плода [5], а также между контактом матки с СП и эффективностью программ вспомогательных репродуктивных технологий [6]. В данной работе проведен обзор публикаций, касающихся изучения влияния СП семенной плазмы на репродуктивный тракт женщин, рассматриваются сигнальные молекулы и различные механизмы их действий.
Сигнальные молекулы СП: данные экспериментов на животных
СП содержит комплекс биохимических активных компонентов, основная функция которых заключается в обеспечении оптимальных условий для выживания мужских половых клеток в женских половых путях. Более того, СП содержит клеточные сигнальные цитокины, простагландины, гормоны и другие биоактивные молекулы, которые воздействуют на клетки женского репродуктивного тракта [7]. В исследованиях на мышах установлено, что СП взаимодействует с клетками эпителия функционального слоя эндометрия и одновременно супрессирует и индуцирует экспрессию нескольких сотен мРНК, которые главным образом представлены некодирующими микроРНК [8]. Однако они активируют экспрессию ряда цитокинов и хемокинов, высвобождающихся в просвет матки и строму эндометрия [8], под действием которых в течение нескольких часов клетки иммунной системы из кровяного русла устремляются в матку (макрофаги, дендритные клетки и гранулоциты) [9, 10]. Нейтрофилы и макрофаги очищают матку от остатков поврежденных клеток и микроорганизмов, попавших в нее при коитусе, таким образом, участвуя в отборе компетентных сперматозоидов. Дендритные клетки обладают дополнительной функцией, которая заключается в поглощении антигенов спермы, доставке их в регионарные лимфоузлы и, благодаря презентации антигенных детерминант, активации и пролиферации регуляторных Т-клеток, участвующих в распознавании антигенов спермы [11, 12]. Следующим этапом является миграция из кровеносного русла в эндометрий регуляторных Т-клеток, повышающих восприимчивость последнего к имплантации. Активированные антиген-специфичные Т-регуляторные клетки способствуют инвазии трофобласта и стимулируют обильную васкуляризацию подлежащих тканей, необходимую для устойчивого развития плаценты, супрессируя при этом отторжение семиаллогенного плода [13]. Иммунный ответ регуляторных Т-клеток зависит от биоактивных компонентов СП, синтезируемых железистыми клетками семенных пузырьков [9], в частности, таких как трансформирующий ростовой фактор бета (TGF-β), который находится в неактивном состоянии и активируется при попадании спермы в женские половые пути [14].
Воздействие СП не ограничивается маткой, но затрагивает также маточные трубы, где, аналогично клеткам эндометрия, индуцируются цитокины и факторы роста, способствующие делению зиготы в матке перед имплантацией [7, 15]. После контакта с СП также происходит привлечение лейкоцитов к клеткам яичников для стимуляции овуляции и образования желтого тела [7]. СП не является обязательным условием зачатия у многих видов животных. Так, клинический опыт показывает, что использование сперматозоидов из придатка яичка или отмытой спермы при внутриматочной инсеминации или переносе эмбрионов в программе экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) может приводить к прогрессирующей беременности. Однако ряд исследований свидетельствуют о том, что самкам некоторых видов животных необходим контакт с СП для зачатия и благополучного развития плода. В экспериментах по изучению роли СП, где у крыс, мышей и хомяков удаляли семенные пузырьки, простату перед коитусом, установлено, что контакт СП с половыми путями самок является залогом оптимального исхода беременности [7]. При проведении переноса эмбрионов самкам крыс и мышей всегда участвуют вазоэктомированные самцы, так как при отсутствии контакта с СП возрастает риск смертности плода и внутриутробной патологии [7].
СП не только способствует оплодотворению и имплантации, но и влияет на течение беременности и здоровье потомства. Недавние эксперименты на мышах показали, что при оплодотворении без СП резко снижается процент успешных беременностей и значительно возрастает патология плода [15]. После рождения такого потомства отмечаются отклонения в развитии и нарушение метаболизма, при этом самцы приплода более подвержены осложнениям, чем самки такого же приплода, включая абдоминальное ожирение, изменения гормонального гомеостаза, нарушение толерантности к глюкозе и гипертензию [15]. Отсутствие СП подвергает сперматозоиды оксидативному стрессу, приводя к снижению оплодотворяющей способности, однако внутриутробные аномалии развития плода лишь частично зависят от отсутствия контакта половых путей самки с СП, что в итоге приводит к дисбалансу экспрессируемых цитокинов перед имплантацией эмбриона [15].
Что касается метаболических заболеваний, то, как показано в другом исследовании, оплодотворение отмытой спермой приводят к нарушению эпигенетических механизмов развития эмбриона у хомяков и к повышенному уровню тревожности у потомства [16].
Результативность применения СП при вспомогательных репродуктивных технологиях
ЭКО рассматривается в настоящее время как один из наиболее перспективных методов лечения женского бесплодия. Однако, несмотря на разработку новых модифицированных схем стимуляции и усовершенствование эмбриологического этапа, результативность программ ЭКО/ИКСИ остается на недостаточно высоком уровне. По данным Европейского регистра ESHRE (European IVF Monitoring, European Society of Human Reproduction and Embryology, EIM ESHRE) по вспомогательным репродуктивным технологиям частота наступления беременности в Европе в 2010 году в программах ЭКО и ИКСИ в расчете на перенос эмбрионов составила в среднем 33,2 и 32,0% соответственно [17], а в России, по данным РАРЧ, в 2011 году результативность программ ЭКО/ИКСИ составила 37,1 и 36,2% [18].
Хотя половой контакт для ЭКО не требуется, праймирование локального иммунного ответа при контакте с СП может быть одним из критических факторов, обеспечивающих восприимчивость эндометрия и процент успешных переносов эмбрионов. В зарубежных исследованиях неоднократно предпринимались попытки введения СП в женские половые пути при проведении программы ЭКО с целью повышения эффективности лечения. Первые результаты о влиянии СП на жизнеспособность детей, рожденных с помощью ЭКО, были получены Bellinge и соавт. (1986), которые установили, что процент перинатальной смертности после ЭКО или трансфера гамет в маточную трубу снижается при условии контакта матки с СП в период трансфера гамет или эмбрионов [19]. Позднее было установлено, что перинатальная смертность после ЭКО снижается, если супружеская пара не воздерживается от половых контактов до или сразу после процедуры трансфера [20]. Однако имеющиеся на сегодняшний день данные о влиянии аппликации СП в день трансвагинальной пункции яичников на результативность программы ЭКО носят весьма противоречивый характер. Лишь в единичных работах обнаружен положительный эффект аппликации СП [21], в то время как остальные исследования выявили либо отсутствие эффекта [19], либо статистически неподтвержденную тенденцию к увеличению частоты наступления беременности [22].
В 2015 году G. Crawford и соавт. в систематическом обзоре, обобщившем результаты 7 рандомизированных контролируемых исследований (РКИ), оценили эффективность применения дополнительного введения СП на частоту наступления беременности при проведении лечения бесплодия методом ЭКО. Проведенный мета-анализ выявил повышение частоты успешных зачатий на 23% (относительный риск [RR], 1,23; 95% доверительный интервал [CI], 1,06–1,42; P=0,006) [6].
В то же время частота прогрессирующей беременности и рождения живых детей достоверно не различалась. На основании полученных данных был сделан вывод о том, что применение СП в программе ЭКО способствует улучшению имплантационных свойств эндометрия и повышению частоты наступления беременности. Однако в связи с недостаточным количеством исследований применением различной методологии использования СП, авторы указывают на необходимость продолжения проведения РКИ по дополнительному введению СП при лечении бесплодия.
Очевидно, что успешность воздействия СП на репродуктивный тракт женщины может определяться содержанием иммунорегуляторных факторов. Согласно современным данным, СП человека содержит высокие концентрации цитокинов и простагландинов, таких как TGF‑β, простагландины, интерлейкины (IL) 1β, IL-5, IL-6, IL-13, IL-17, IL-18, сосудисто-эндотелиальный фактор роста (VEGF), гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) [23]. СП также богата простагландином Е в концентрации, до 10 000 раз превышающей таковую при хроническом воспалении. Простагландин Е необходим для индукции толерантности в женском репродуктивном тракте и считается, что он защищает сперматозоиды от оксидативных и воспалительных повреждений [24].
Наиболее значимой иммунорегуляторной молекулой СП считается TGF-β1. Результаты экспериментальных исследований подтверждают, что TGF-β1 является ключевым фактором формирования иммунной толерантности матери к антигенам плода, влияя на уровень Т-регуляторных клеток (Трег клеток) [14]. Исследования на культуре первичных эпителиальных клеток шейки матки показали, что TGF-β необходим для индукции CSF2 и IL6 – двух цитокинов, регулирующих адаптацию иммунной системы к беременности [25]. TGF-β также активирует экспрессию генов в культуре эпителиальных клеток эндометрия [26].
В последнее время появились данные о том, что СП содержит целый ряд цитокинов, избыточное содержание которых может нарушать процессы имплантации и препятствовать развитию беременности. К таким цитокинам можно отнести IL-18 – провоспалительный цитокин, обладающий антагонистическими свойствами по отношению к TGF‑β1 [27]. В работе, выполненной в НЦ АГиП в 2016 г., впервые установлена возможность влияния TGF‑β1 и IL-18 на эффективность программы ЭКО [28]. Авторами показано, что применение интравагинальной аппликации СП в программах ЭКО/интрацитоплазматической инъекции сперматозоида в яйцеклетку (ИКСИ) может оказывать как благоприятное, так и негативное влияние на частоту наступления беременности, что определяется параметрами цитокинового статуса СП полового партнера: концентрацией IL-18, содержанием IL-18 и TGF-β1 во всем объеме СП, полученной при эякуляции, соотношением концентраций TGF-β1 и IL-18.
Частота наступления беременности у женщин, эякулят половых партнеров которых содержал относительно низкое количество IL-18 (≤1432,4 пг), была в 6,7 раза выше по сравнению с группой пациенток, у половых партнеров которых отмечалось относительно высокое содержание IL-18 (>1432,4 пг) в СП, и составила 61,2 и 9,1% соответственно. Полученные данные свидетельствуют о целесообразности использования СП с оптимальным цитокиновым профилем и позволяют персонифицировано подходить к назначению введения СП партнера в программах вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ).
Остаются вопросы, которые требуют дальнейшего рассмотрения: является ли половой контакт более предпочтительным способом доставки СП, чем искусственное оплодотворение; важен ли источник происхождения СП (партнер или донор) при проведении ЭКО, и если да, то как влияют методы отбора и хранения СП на исход беременности; насколько критично использовать криоконсервированные эмбрионы по сравнению со свежими эмбрионами. Другой важной областью исследований является изучение роли СП в предотвращении незначительных, но идентифицируемых побочных реакций во время беременности, а также поиска подходов, снижающих процент перинатальной заболеваемости детей, рожденных с помощью ЭКО. Если праймирование иммунной системы и стимуляция роста и развития плаценты характерны и для человека, как показано у мышей, то отсутствие контакта с СП может приводить в задержке внутриутробного развития плода, преэклампсии, и преждевременным родам, наблюдаемым после ЭКО [29, 30]. Метаболические и сердечно-сосудистые нарушения, приводящие к ожирению и повышенному диастолическому и систолическому давлению, у детей, рожденных после ЭКО [30–32], возможно программируются в момент зачатия и имплантации в неестественных для матки условиях. Однако, эксперименты на мышах свидетельствуют о возможности их коррекции с помощью СП [15]. В литературе в настоящее время отсутствуют работы, направленные на изучение роли СП в зачатии, с фундаментальной точки зрения, в возникновении осложнений беременности и перинатальной заболеваемости. Мы считаем, что в будущих исследованиях с акцентом на исход беременности и здоровье потомства контакт женских половых путей с СП должен рассматриваться как возможный основополагающий фактор успеха ЭКО [15].
СП и предотвращение осложнений во время беременности
Контакт матки с СП перед зачатием имеет большое значение для естественной беременности и снижает риск возникновения осложнений во время беременности. Искусственное зачатие без контакта женских половых путей с СП часто сопровождается преэклампсией [33], что, возможно, происходит вследствие отсутствия мобилизации иммунных клеток в матке в момент зачатия [34]. По-видимому, существует кумулятивный положительный эффект от присутствия спермы в половых путях женщины, при этом нечастые сексуальные контакты и использование барьерных средств контрацепции являются факторами риска [33, 35]. Несколько исследований продемонстрировали защитный эффект контакта матки с СП. В самом крупном когортном исследовании риски возникновения задержки развития плода и преэклампсии были обратно пропорциональны продолжительности половой жизни партнеров, причем защитный эффект наступает после 3–6 месяцев начала половых отношений [5]. Риск развития преэклампсии уменьшается при частых незащищенных половых контактах, указывая на возможную роль спермы в поддержании стабильного локального иммунного ответа. Женщины, имеющие частую интимную близость с партнером, были на 70% менее подвержены риску развития преэклампсии, по сравнению с женщинами, у которых частота половых контактов была ниже [35].
У тех женщин, у которых произошла смена партнера, данный эффект зависел от спермы партнера [33, 35]. Некачественная сперма приводит к недостаточному иммунологическому ответу и/или требует более долгой инкубации спермы в половых путях женщины для индукции адекватного ответа. У женщин, оплодотворение которых происходило путем ИКСИ при азооспермии партнера, риск развития преэклампсии был в 3 раза выше, чем у женщин, проходящих лечение по программе ЭКО или ИКСИ с использованием здорового эякулята [36].
Вероятность преэклампсии увеличивается при использовании донорских гамет, когда материнский организм перед переносом эмбриона не имеет контакта с антигенами донорских клеток [37, 38]. Для поддержания защитного эффекта СП и стабильного иммунологического статуса риски, связанные с использованием донорской спермы, можно свести к минимуму, проходя несколько циклов инсеминации с одним и тем же донором [38]. Таким образом, партнер-специфичные свойства спермы и кумулятивный эффект контакта спермы с половыми путями женщины подразумевает формирование иммунологической памяти антигенов спермы, которая программируется и форсируется при оплодотворении, согласно результатам исследований на мышиных моделях [13].
Заключение
Работы последних лет определили формирование нового направления в исследованиях молекулярных основ фертильности – изучение влияния СП на репродуктивную функцию женщины. На смену классическим представлениям о СП как о транспортной среде для сперматозоидов приходит все большее понимание значимости биологического вклада СП в процесс имплантации, течение беременности и обеспечение здоровья потомства.
Ключевыми направлениями дальнейших исследований являются: 1) изучение влияния СП при половом акте на профили экспрессии и иммунный ответ в эндометрии; 2) полная идентификация биоактивных молекул, определяющих взаимодействие СП с клетками шейки матки и эндометрия; 3) понимание роли праймирования половых путей женщины СП и его влияния на бесплодие, течение беременности и исход родов; 4) исследование действия клинических, бытовых и других факторов окружающей среды на состав СП и ее сигнальные функции. В итоге глубокое понимание молекулярных и клеточных основ влияния СП на формирование оптимального иммунного ответа материнского организма необходимого для успешной реализации репродуктивной функции, позволит разработать новые персонифицированные подходы к лечению бесплодия и нарушений гестации, планированию семьи.
