обзоры ВАСКУЛОГЕНЕЗ И АНГИОГЕНЕЗ В РАЗВИТИИ ПЛАЦЕНТЫ Введение

обзоры
© Д. И. Соколов
НИИ акушерства и гинекологии
им. Д. О. Отта РАМН,
Санкт-Петербург
■ В настоящем обзоре рассмотрены
известные на сегодня сведения о роли
васкулогенеза и ангиогенеза, а также
проангиогенных и антиангиогенных
факторов в формировании сосудистой
сети плаценты на разных этапах
ее развития.
■ Ключевые слова: васкулогенез;
ангиогенез; эндотелиальные клетки;
плацента
ВАСКУЛОГЕНЕЗ И АНГИОГЕНЕЗ В РАЗВИТИИ
ПЛАЦЕНТЫ
Введение
Нормальное развитие плаценты зависит от достаточной оксигенации и обмена веществ через плаценту, который обеспечивается гемохориальной плацентацией. Для этого необходима соответствующая трансформация материнских спиральных
артерий миометрия трофобластом при его инвазии. В результате формируются оптимальный контакт между маткой и плацентой и хорошо развитая сосудистая сеть.
При имплантации зародыша клетки трофобласта дифференцированы на синцитиотрофобласт и цитотрофобласт.
Синцитиотрофобласт проникает в ткань матки, создавая контакты с материнскими сосудами. Затем в пределах синцити отрофобласта формируются лакуны, после чего происходит
формирование первых фетальных капилляров, которые появляются в пластинке хориона. Формирование новых сосудов в
плаценте начинается с процессов васкулогенеза в конце третьей недели гестации, когда в пределах ворсинок клетки мезенхимы дифференцируются в гемангиобласты, а затем часть из
них трансформируется в эндотелиальные клетки, образующие
примитивные сосудоподобные структуры. Примитивная сосудистая сеть трансформируется в зрелую путем формирования
новых сосудов и ремоделирования существующих сосудов, что
происходит в основном за счет процессов ангиогенеза. При ремоделировании материнских спиральных артерий клетки трофобласта проникают глубоко в ткань матки, разрушая вер хние
участки материнских спиральных артерий. Материнская кровь
изливается в плацентарный лабиринт и омывает ворсинки трофобласта, дренированные венозными синусами.
Васкулогенез и ангиогенез — основные механизмы
развития плаценты
Нормальное развитие плаценты напрямую зависит от удачной инвазии трофобласта, процессов васкулогенеза и ангиогенеза. Васкулогенез — образование и развитие кровеносных
сосудов de novo из мезодермальных клеток-предшественников, тогда как ангиогенез — это создание новых сосудов из
уже существующих сосудов. Оба процесса имеют решающее
значение, потому что от них зависит эффективная транспортировка кислорода, питательных веществ и выведение продуктов обмена веществ. Плацента растет быстро и постоянно должна удовлетворять увеличивающиеся метаболические
потребности растущего плода. Поэтому сосудистая сеть плаценты обладает пластичностью и динамически изменяется в
течение беременности. В ходе васкулогенеза новые капилляры
образуются путем миграции и дифференцировки клеток-предшественников эндотелиальных клеток — гемангиобластов.
Дифференцировка мезенхимальных клеток-предшественниТОМ LVI ВЫПУСК 3/2007
ISSN 1684–0461
ОБЗОРЫ
130
ков в гемангиобласты, их дальнейшая дифференцировка в эндотелиальные клетки находятся под
контролем ростовых факторов VEGF (фактор
роста эндотелия сосудов) и bFGF (фактор роста
фибробластов) и их рецепторов VEGF-R и FGF‑R.
Процессы васкулогенеза и ангиогенеза также находятся под контролем различных ростовых факторов. Образование новых сосудов находится под
контролем VEGF и его рецепторов VEGFR-1 и
VEGFR-2, а также ангиопоэтинов Ang-1 и Ang-2,
действующих на эндотелиальные клетки через рецепторы Tie-1 и Tie-2. Установлено, что эндотелиальные клетки, а также мезенхимальные клетки,
из которых дифференцируются эндотелиальные
клетки, экспрессируют рецептор VEGF-R2 [5, 8,
11, 13, 23], в то время как VEGF экспрессируют
клетки трофобласта, обеспечивая дифференцировку, миграцию и пролиферацию эндотелиальных клеток, формирование новой сети сосудов.
Ang-1 и его рецептор Tie-2, экспрессирующийся
на эндотелиальных клетках сосудов хориона в
развивающейся плаценте, обеспечивают стабилизацию этих сосудов перицитами и гладкомышечными клетками. Ang-2 и его рецептор Tie-2, который экспрессируется на эндотелиальных клетках
материнских сосудов плаценты, обеспечивают
процессы их ремоделирования. Таким образом,
паракринная регуляция ремоделирования сосудов плаценты обеспечивается VEGF/VEGF-R1 и
Ang‑1/Tie-2, которые контролируют дифференцировку и инвазию трофобласта; VEGF/VEGF-R2
и Ang-1/Tie-2, определяющих развитие фетоплацентарных сосудов; Ang-2/Tie-2, регулирующих
процессы ремоделирования материнских сосудов.
[3, 21, 23]. Материнские сосуды трансформируются так, чтобы обеспечить маточно-плацентарную
циркуляцию крови. Инвазия трофобласта происходит глубоко под материнские спиральные артерии, которые полностью разрушаются, а плацентарный лабиринт представляет собой открытые
окончания спиральных артерий.
Дальнейшее формирование сосудистой сети плаценты идет путем ангиогенеза. Образование новых
сосудов из предсуществующих в ходе ангиогенеза
осуществляется за счет трех основных механизмов
ангиогенеза: элонгации, инвагинации и капиллярного почкования. Элонгация (elongation) — удлинение сосуда за счет пролиферации эндотелиальных клеток по длине сосуда (пролиферативная
элонгация), либо за счет включения циркулирующих клеток-предшественников в стенку сосуда и
их дальнейшей пролиферации (вставочная элонгация). При этом целостность сосудистой стенки
не нарушается и сосуд не тромбируется. Наиболее
часто процесс элонгации можно обнаружить в растущих тканях, в том числе в плаценте, где постоян-
но происходит реструктуризация сосудистой сети
в ответ на различные метаболические стимулы от
окружающих клеток. При помощи элонгации идет
так называемый неразветвляющий ангиогенез, результатом которого является простое удлинение сосудов плаценты. Инвагинация (intussusception) —
образование нового сосуда внутри просвета
предыдущего за счет миграции эндотелиальных
клеток внутрь просвета. Капиллярное почкование
(sprouting) — образование новой боковой ветви
сосуда при помощи латерального роста — можно
наблюдать при быстром росте желтого тела после овуляции, при заживлении ран и при развитии
собственной сосудистой сети в опухолевой ткани.
При помощи инвагинации и капиллярного почкования идет так называемый разветвляющий ангиогенез, результатом которого является образование густой ветвящейся сети сосудов плаценты
[15, 22]. Необходимо отметить, что отечественные
эмбриологи помимо двух описанных этапов формирования сосудов плаценты путем васкулогенеза
и ангиогенеза выделяют еще как минимум два механизма образования сосудов [1]. К ним относятся
петлевидный (петлевой) рост сосудов, проявляющийся размножением сосудистых петель, и рост
сосудов путем образования сосудов-спутников,
связанный с анастомозированием ростовых зачатков с теми же микрососудами, от которых они
отпочковываются. В основе петлевидного роста
сосудов лежит пролиферация сосудистых петель
по принципу «петля от петли», когда пролиферация сформированных петель проявляется образованием дочерних петель. Уникальность этого феномена заключается в том, что новообразование
сосудов и освоение ими увеличивающейся массы
растущих тканей сочетается с непрерывающейся
циркуляцией крови в них.
Ангиогенез в норме состоит из нескольких
сменяющих друг друга этапов:
• деградация базальной мембраны, фибрина и
интерстициального матрикса эндотелиальными клетками. На этом этапе важную роль играют TNFα (фактор некроза опухолей-α), IL-1
(интерлейкин-1), продуцируемые моноцитами/
макрофагами, IL-8, bFGF, VEGF;
• миграция эндотелиальных клеток, которая контролируется GM-CSF (гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий ростовой
фактор), G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий ростовой фактор), IL-3, IL-8,
GROα (ростовой регуляторный онкоген-α);
• ключевая роль в регуляции следующего этапа
ангиогенеза сосудов плаценты — пролиферации эндотелиальных клеток — принадлежит
VEGF, bFGF и P1GF (плацентарный ростовой
фактор). На пролиферацию эндотелиальных
ТОМ LVI ВЫПУСК 3/2007
ISSN 1684–0461
ОБЗОРЫ
131
клеток сосудов плаценты могут также влиять различные провоспалительные цитокины
(TNFα, IL-1, IL-6), противовоспалительные
цитокины (IL-4, IL-10, TGFβ, IFNγ), ростовые
факторы (GM-CSF, G-CSF, IL-3) и хемокины
(IL-8, GROα);
• формирование новых капиллярных трубок и
новой базальной мембраны контролируется
VEGF, bFGF, P1GF, TNFα, IL-1, IL-6.
В эндогенной регуляции ангиогенеза участвуют ростовые факторы bFGF, VEGF, P1GF.
Основными источниками этих цитокинов в плаценте могут быть как сами эндотелиальные клетки, так и плацентарные макрофаги. VEGF оказывают ангиогенное действие, стимулируя миграцию,
пролиферацию и протеолитическую активность
эндотелиальных клеток. VEGF также индуцирует
экспрессию на эндотелиальных клетках адгезионных молекул ICAM-1 и VCAM-1, увеличивает жизнеспособность эндотелиальных клеток, защищая
клетки от апоптоза, индуцированного TNFα, повышая экспрессию антиапоптотического белка Всl-2
в эндотелиальных клетках и увеличивая адгезию
клеток к матриксу за счет усиления экспрессии интегринов на поверхности эндотелиальных клеток.
bFGF способствует выживанию эндотелиальных
клеток и их защите от апоптоза, что также связано
с усилением экспрессии Вс1-2. P1GF потенцирует
пролиферацию стимулирующее дейс твие VEGF в
отношении эндотелиальных клеток, а также увеличивает проницаемость сосудов [6, 12]. Ростовые
факторы и хемоаттрактанты, которые сохраняются в экстрацеллюлярном матриксе и выделяются в
результате его деградации, становятся факторами
ангиогенеза. В составе экстрацеллюлярного матрикса обнаружены проангиогенные (bFGF, TGFβ,
VEGF, PDGF) и антиангиогенные факторы, как,
например, TSP-1 (тромбоспондин-1). TSP-1 секретируется активированными макрофагами и ингибирует пролиферацию эндотелиальных клеток.
Ростовые факторы G-CSF и GM-CSF оказывают
выраженное влияние на миграцию и пролиферацию эндотелиальных клеток [18].
При гипоксии, которая в норме стимулирует
ангиогенез на начальных этапах плацентации,
усиливается ангиогенез за счет повышения продукции ангиогенных ростовых факторов (VEGF)
гладкомышечными клетками и фибробластами и
усиления экспрессии VEGF-рецепторов на эндотелиальных клетках. С другой стороны, гипоксия
на поздних сроках гестации может привести к нарушению всех функций эндотелиальных клеток и,
в конечном счете, к их апоптозу [6].
На поздних стадиях ангиогенеза макрофаги,
фибробласты и гладкомышечные клетки секретируют антиангиогенные факторы, тормозящие миг-
рацию и пролиферацию эндотелиальных клеток,
не снижая их жизнеспособность. К ингибиторам
ангиогенеза относят следующие цитокины и факторы: TGFβ1, IL-12, IFNγ, IFNα, IP-10, MIG, PF4,
TNFα [18].
Выживание и апоптоз эндотелиальных
клеток — противоположные, но необходимые
для ангиогенеза процессы, которые регулируются балансом проангиогенных и антиангиогенных
факторов. Проангиогенные молекулы (VEGF,
bFGF, P1GF, NO) поддерживают выживание эндотелиальных клеток за счет взаимосвязи эндотелиальных клеток друг с другом и с компонентами
внеклеточного матрикса. Антиангиогенные молекулы (TSP-1, ангиостатин, TNFα, TGFβ, IFNγ)
могут индуцировать апоптоз через активацию
проапоптотических Вах-белков, протеинкиназы С
или каспаз. Особый интерес представляет TNFα,
который способен в определенных условиях защищать эндотелиальные клетки от апоптоза и
увеличивать их жизнеспособность через индукцию экспрессии антиапоптотического белка А1
и секреции эндотелиальными клетками проангиогенных факторов (IL-8, VEGF, bFGF), а также
через усиление экспрессии рецепторов для VEGF
(Flt-1, KDR). При этом VEGF и bFGF аутокринно способны усиливать экспрессию антиапоптотического белка Вс1-2 и экспрессию интегринов,
что приводит к увеличенной жизнеспособности
эндотелиальных клеток. С другой стороны, при
высоких концентрациях TNFα вызывает апоптоз
эндотелиальных клеток. Поддержание жизнеспособности эндотелиальных клеток тесно связано с
их прикреплением к компонентам внеклеточного
матрикса, опосредованным интегринами (αvβ5).
При этом в норме достигается баланс между сигналами пролиферации и апоптоза эндотелиальных
клеток [9, 14, 17, 20].
Васкулогенез и ангиогенез на различных
этапах развития плаценты
Развитие первичных ворсин плаценты из клеток трофобласта происходит в течение первых
28 дней после зачатия. Приблизительно через
15–22 дня после зачатия происходит инвазия
внезародышевых мезодермальных клеток в первичные ворсины, что приводит к формированию
вторичных ворсин. В течение следующих 7 дней
мезенхимальные клетки, произошедшие из внезародышевой мезодермы, дифференцируются в гемангиобласты, которые далее дифференцируются
в ангиобласты, эндотелиальные клетки и гематопоэтические клетки (28-й день после зачатия).
Фетоплацентарная сосудистая система на этом
этапе образуется при помощи процессов васкулогенеза. В результате формируются третичные
ТОМ LVI ВЫПУСК 3/2007
ISSN 1684–0461
ОБЗОРЫ
132
ворсины, имеющие примитивную капиллярную
сеть. Перед формированием примитивных сосудов в мезенхиме вторичных ворсинок появляются
мезенхимальные макрофаги (клетки Кащенко–
Гофбауэра), которые секретируют ангиогенные
факторы роста, обеспечивая паракринную регуляцию васкулогенеза. Напротив, секреция ангиогенных факторов децидуальными клетками и материнскими макрофагами обеспечивает паракринную
регуляцию, определяющую инвазию трофобласта
в материнские кровеносные сосуды. Начиная с
этой стадии развития до конца первого триместра
беременности новые фетальные сосуды образуются путем разветвляющего ангиогенеза (капиллярное почкование и инвагинация), что в результате
приводит к формированию капиллярной сети в
пределах стволовых и незрелых промежуточных
ворсин. С момента формирования первичного сосудистого сплетения новые сосуды сначала образуются преимущественно путем инвагинации и
капиллярного почкования (разветвляющего ангиогенеза), а затем, начиная с третьего триместра и
до конца беременности, преимущественно путем
элонгации и внедрения эндотелиальных клеток в
стенку сосуда (неразветвляющего ангиогенеза).
Дальнейшая дифференцировка сформированной
сосудистой сети происходит благодаря миграции
перицитов и гладкомышечных клеток. В результате формируется зрелая сеть из сосудов разного
размера, которая входит в состав сначала зрелых
промежуточных ворсин, а затем зрелых терминальных ворсин. Уменьшение пролиферации клеток трофобласта и увеличение пролиферации
эндотелиальных клеток по длине капилляров приводит к образованию терминальных ворсин. Все
перечисленные морфологические этапы развития
сосудов плаценты контролируются различными
ростовыми факторами. Установлено, что возрастание концентрации VEGF и Ang-1 и снижение
концентрации Ang-2 в ткани плаценты напрямую
коррелирует с переходом от васкулогенеза к разветвляющему ангиогенезу, а затем к неразветвляющему ангиогенезу [15, 22].
Заключение
Васкулогенез и ангиогенез представляют собой
сложные процессы, которые регулируются множеством цитокинов, ростовых факторов, а также
характером взаимодействия эндотелиальных клеток друг с другом, с компонентами экстрацеллюлярного матрикса и с клетками микроокружения,
такими как макрофаги, гладкомышечные клетки,
фибробласты. Инициация, протекание и завершение ангиогенеза зависит от баланса проангиогенных и антиангиогенных факторов в микроокружении эндотелиальных клеток. Особое значение для
развития сосудистой сети и ее нормального функционирования имеют факторы, стимулирующие
пролиферацию эндотелиальных клеток и увеличивающие их жизнеспособность. С другой стороны, апоптоз эндотелиальных клеток — физиологический процесс, необходимый для нормального
развития сосудистой сети плаценты путем ангиогенеза и ремоделирования сосудов. В ходе нормального развития плаценты происходит смена
процессов васкулогенеза процессами ангиогенеза.
Причем на начальных этапах развития плаценты
наблюдается преобладание неразветвляющего ангиогенеза, который затем сменяется процессами
разветвляющего ангиогенеза. На конечных этапах
существования плаценты сосудистая сеть развивается благодаря балансу между разветвляющим
и неразветвляющим ангиогенезом. Нарушение
такого баланса приводит к патологической выраженности одного из механизмов ангиогенеза, что
приводит к нарушению нормального строения сосудистой сети плаценты, недостаточной оксигенации клеток плаценты [2, 4, 7, 10, 16, 19]. Таким
образом, для нормального развития и функционирования плаценты важно равновесие между различными механизмами ангиогенеза, а также баланс
между процессами ангиогенеза и апоптоза, которые поддерживаются соотношением проангиогенных и антиангиогенных факторов, секретируемых как самими эндотелиальными клетками, так
и клетками микроокружения. Изменение баланса
цитокинов и ростовых факторов в микроокружении эндотелиальных клеток лежит в основе патологических нарушений плацентации, гестации на
различных сроках беременности и преждевременных родов.
Работа поддержана грантами Президента РФ
№ НШ-5268.2006.7 и МК-1355.2007.7.
Литература
Кораблев А. В. Гемомикроциркуляторное русло: развитие
в эмбриогенезе, патология / Кораблев А. В., Николаева Т. Н. — М.: Изд-во РГМУ, 1999.
2. Activation of endothelial cells in preeclampsia: increased
neutrophil-endothelial adhesion correlates with up-regulation
of adhesion molecule P-selectin in human umbilical vein
endothelial cells isolated from preeclampsia / Wang Y.,
Adair C. D., Coe L., Weeks J. W. [et al.] // J. Soc. Gynecol.
Investig. — 1998. — Vol. 5. — P. 237–243.
3. Angiopoietin-1 and angiopoietin-2 activate trophoblast Tie-2 to
promote growth and migration during placental development /
Dunk C., Shams M., Nijjar S., Rhaman M. [et al.] // Am. J. of
Pathol. — 2000. — Vol. 156. — P. 2185–2199.
4. Brosens I. A. The role of the spiral arteries in the pathogenesis
of preeclampsia / Brosens I. A., Robertson W. B., Dixon H. G. //
Obstet. Gynecol. Ann. — 1972. — Vol. 1. — P. 177–191.
1.
ТОМ LVI ВЫПУСК 3/2007
ISSN 1684–0461
ОБЗОРЫ
133
5. Clark D. E. Localization of VEGF and expression of its receptors
fit and KDR in human placenta throughout pregnancy /
Clark D. E., Smith S. K., Sharkey A. M., Charnock-Jones D. S. //
Hum. Reprod. — 1996. — Vol. 11. — P. 1090–1098.
6. Clark D. E. Placental angiogenesis: role of the VEGF family of
proteins / Clark D. E., Charnock-Jones D. S. // Angiogenesis. —
1998. — Vol. 2, N 4. — P. 309–318.
7. Dekker G. A. Etiology and pathogenesis of preeclampsia:
current concepts / Dekker G. A., Sibai B. M. // Am. J. Obstet.
Gynecol. — 1998. — Vol. 179. — P. 1359–1375.
8. Developmental regulation of vascular growth/permeability
factor messenger ribonucleic acid levels in and vascularization of the villous placenta during baboon pregnancy /
Hildebrandt V. A., Babischkin J. S., Koos R. D., Pepe G. J.
[et al.] // Endocrin. — 2001. — Vol. 142. — P. 2050–2057.
9. Dimmeler S. Endothelial cell apoptosis in angiogenesis and
vessel regression / Dimmeler S., Zeiher A. M. // Circ. Res. —
2000. — Vol. 87. — P. 434–439.
10. Evidence of endothelial activation and endothelial activators in
cord blood of infants of pree-clamptic women / Davidge S. T.,
Signorella A. P., Lykins D. L., Gilmour C. H. [et al.] // Am.
J. Obstet. Gynecol. — 1996. — Vol. 175. — P. 1301–1306.
11. Expression of vascular endothelial growth factor receptors 1, 2
and 3 in placentas from normal and complicated pregnancies /
Helske S., Vuorela P., Carpen O., Hornig C. [et al.] // Mol.
Hum. Reprod. — 2001. — Vol. 7. — P. 205–210.
12. Ferrara N. Role of vascular endothelial growth factor in regulation
of physiological angiogenesis / Ferrara N. // Am. J. Physiol. Cell
Physiol. — 2001. — Vol. 280. — P. C1358–C1366.
13. Human placental vascular development: vasculogenic and
angiogenic (branching and nonbranching) transformation
is regulated by vascular endothelial growth factor-A,
angiopoietin-1 and angiopoietin-2 / Geva E., Ginzinger D. G.,
Zaloudek C. J., Moore D. H. [et al.] // J. of Clin. Endocrin. and
Metab. — 2002. — Vol. 87. — P. 4213–4224.
14. Maier J. A. The differential response to interferon γ by normal
and transformed endothelial cells / Maier J. A., Morelli D.,
Balsari A. // Biochem. and Biophis. Research Comm. —
1995. — Vol. 214, N 2. — P. 582–588.
15. Malassine A. A comparison of placental development and
endocrine functions between the human and mouse model /
Malassine A., Frendo1 J.-L., Evain-Brion D. // Human Reprod.
Update. — 2003. — Vol. 9, N 6. — P. 531–539.
16. Mayhew T. M. Aspects of human fetoplacental vasculogenesis
and angiogenesis. III. Changes in Complicated Pregnancies /
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Mayhew T. M., Charnock-Jones D. S., Kaufmann P. //
Placenta. — 2004. — Vol. 25. — P. 127–139.
Nor J. E. Role of endothelial cell survival and death signals in
angiogenesis / Nor J. E., Polverini P. J. // Angiogenesis. —
1999. — Vol. 3. — P. 101–116.
Polverini P. J. How the extracellular matrix and macrophages contribute to angiogenesis-dependent diseases /
Polverini P. J. // Europ. J. of Cancer. — 1996. — Vol. 32A,
N 14. — P. 2430–2437.
Roberts J. M. Preeclampsia: Recent Insights / Roberts J. M.,
Gammill H. S. // Hypertension. — 2005. — Vol. 46. —
P. 1243–1249.
Rupp P. A. Integrins in Vascular Development / Rupp P. A.,
Little C. D. // Circ. Res. — 2001. — Vol. 89. — P. 566–572.
Tie-2 and angiopoietin-2 expression at the fetal–maternal
interface: a receptor ligand model for vascular remodeling /
Goldman-Wohl D. S., Ariel I., Greenfield C., Lavy Y. [et al.] //
Mol. Hum. Reprod. — 2000. — Vol. 6. — P. 81–87.
Villous sprouting: fundamental mechanisms of human placental
development / Castellucci M., Kosanke G., Verdenelli F.,
Huppertz B. [et al.] // Hum. Reprod. Update. — 2000. — Vol. 6,
N 5. — P. 485–494.
Wulff C. Hemochorial placentation in the primate: expression
of vascular endothelial growth factor, angio-poietins and their
receptors throughout pregnancy / Wulff C., Dickson S. E.,
Wilson H., Wiegand S. J. // Biol. of Reprod. — 2002. —
Vol. 66. — P. 802–812.
Статья представлена Н. Г. Павловой
НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта РАМН,
Санкт-Петербург
VASCULOGENESIS AND ANGIOGENESIS IN DEVELOPMENT
OF A PLACENTA
Sokolov D. I.
■ Summary: In the review data known for today on a role of
vasculogenesis and angiogenesis, and also proangiogenic and
anti factors in formation of a vascular network of a placenta at
different stages of its development are considered.
■ Key words: vasculogenesis; angiogenesis; endothelial cells;
placenta
ТОМ LVI ВЫПУСК 3/2007
ISSN 1684–0461