Mikrochimérismus

Mezi oblíbené náměty autorů sci-fi patří představa, že nejsme tím, čím si myslíme, že ve skutečnosti jsme. Skutečnost si ale s odvážnou fikcí nemusí zadat, a to překvapivě na úrovni buněčného uspořádání našich těl. Nemyslím tím neuvěřitelnou komplexnost, efektivitu a evoluční optimalizaci biochemických a molekulárně-biologických funkcí, ale něco, čím jsme si byli donedávna jisti. Tou učebnicovou jistotou bylo, že jsme složeni z buněk, které vznikly dělením a diferenciací zygoty (vzniklé po oplození vajíčka spermií), v níž se zkombinoval genetický materiál našeho otce a naší matky. V jednom z dřívějších čísel Vesmíru (Vesmír 87, 84, 2008/2) jsem tuto představu zpochybnil popisem makrochimérismu: na počátku embryonálního vývoje splynou celá embrya a takto vzniklý jedinec je vlastně mozaikou buněk pocházejících ze dvou různých těl, se všemi možnými důsledky z toho vyplývajícími (biologickými, medicínskými, právními…).

Tentokrát se budu věnovat fenoménu subtilnějšímu, nikoliv však méně zajímavému a s menšími potenciálními důsledky svého „hostitele“ – mikrochimérismu. V tomto článku se však nebudu věnovat faktu, že součástí našeho vnitřního tělního prostředí jsou přirozeně různé mikroorganismy a potenciálně i parazité nejrůznějšího systematického zařazení. Omezím se pouze na lidské buňky. Nebudu se ale věnovat těm buňkám, s nimiž naše tělo vesměs nemá žádnou genetickou spřízněnost a které se mohou (a po transplantacích pro úspěch celého opravného zákroku musí) v našich tělech dlouhodobě zabydlet a stát se součástí našeho funkčního „já“. Vynechám též poměrně dlouhodobé přežívání spermií v těle samic, u některých druhů organismů v řádu měsíců.

Co tedy zbývá? Z výše uvedeného se musí jednat o děj, kterého se účastní geneticky si příbuzné buněčné populace, nesouvisí a priori s medicínou, je přirozený a ve velké míře se vyskytující. Navíc musí mít nějaké potenciálně důležité důsledky (aby platilo, že si skutečnost nemusí zadat s odvážnou fikcí). Jde o děj spojený s rozmnožováním (otázka příbuznosti) a buňky migrující z jednoho těla do druhého budou nejspíš některé z následujících: a) buňky diferencujícího se embrya do matky, b) buňky matky do embrya, c) buňky embryí mezi sebou.

Navíc buňky, které opustily svou původníPřekvapivě všechny tři možnosti jsou správné a všechny byly jednoznačně prokázány. tělesnou příslušnost, se v novém těle zabydlí na dlouhou dobu či dokonce natrvalo. Prokázání dlouhodobého přežívání fetálních buněk v těle matky bylo událostí, jež otevřela celou oblast bádání, kterou vlastně nikdo nehledal a nepotřeboval. To, že je těhotenství spojeno s přítomností malého množství fetálních buněk v krvi matky, je poměrně dlouho známý fakt, řada vědců se snažila a snaží tyto buňky izolovat a použít pro prenatální diagnostiku. Přesně této oblasti výzkumu se věnovala do svého překvapivého objevu i Diana Bianchi (www.tufts.edu/home/feature/?p=bianchi).

Mikrochimérismus a těhotenství

Práce Diany Bianchi a řady další badatelů ukazují, že všechny výše zmíněné typy mikrochimérismů jsou běžné. Řada studií dokládá, že u nejméně 85 % těhotných žen je možné prokázat fetální buňky v krevní cirkulaci. U 50 % žen buňky původem z fetu přetrvávají desetiletí po porodu. Asi u 25 % žen je možné nalézt buňky získané od jejich matek.

Zdá se, že určitý stupeň feto-maternálního chimérismu je nezbytný pro udržení těhotenství. Pokud je fetálních buněk v těle matky příliš mnoho, hrozí po porodu autoimunitní reakce. V některých případech jsou nalézány korelace s předčasným porodem, preeklampsií, naopak ženy s RSA (recurrent spontaneous abortion) mají malý stupeň mikrochimérismu.

Výměna buněčných populací je běžná i mezi fety u vícečetných těhotenství. Jedna ze studií ukazuje, že 8 % dvouvaječných dvojčat a 21 % trojčat jsou chimérické pro krevní populace. To má zajímavý důsledek – selektivní imunitní neodpovídavost na buňky a tkáně sourozence. V některých případech byla popsána míra chimérismu pro krevní populace i více než 10 % (více než 10 % krevních buněk cizího původu), což už těžko můžeme označit jako mikrochimérismus. I při studiu maternálně- fetálního mikrochimérismu (přesun buněk z matky do embrya) se ukazuje, že jde spíš o pravidlo než výjimku – v druhém trimestru se může jednat o téměř stoprocentní incidenci.

Mikrochimérismus a transplantace

Jak již bylo zmíněno, feto-fetální mikrochimérismus vede k tolerování (nenapadání imunitním systémem) tkání sourozence, i když se nejedná o identické dvojče. Tolerance není stoprocentní, ale je dobře prokazatelná.

Zde se můžeme zamyslet nad možným smyslem přestupu buněk mezi jedinci, hlavně z embrya do matky, kde je prokázáno, že bez feto-maternálního chimérismu může dojít k poruchám v těhotenství. Na embryo vyvíjející se v matčině děloze můžeme z imunologického hlediska pohlížet jako na cizorodý objekt, který je vlastně z poloviny otec, což je dostatečný rozdíl, aby bylo imunitním systémem rozpoznáno a zlikvidováno. Naštěstí se během evoluce vyvinula řada mechanismů, jak zajistit dlouhodobé přežití vyvíjejícího se zárodku v mateřském lůně. Dochází ke změnám nastavení imunitní odpovědi matky, imunosupresivní roli dále hraje trofoblast – extraembryonální hmota zárodku. Dnes se ukazuje, že i vlastní embryo může hrát aktivní roli. Například tím, že poměrně masivně osídlí matku buňkami, které mají imunosupresivní účinky. Výsledkem není snížení imunitní odpovědi matky proti všemu cizorodému (to zcela jistě není v „zájmu“ zárodku), ale selektivně jen proti jeho vlastním buňkám. Nabízí se tak představa fetomaternálního mikrochimérismu jako mechanismu, jak ochránit vyvíjející se embryo před matčinou imunitní odpovědí.

Jsou však fetální buňky osidlující tělo matky schopny tolerance i vůči buňkám a tkáním otce? Zdá se, že ano! Existuje řada prací, které to prokazují. Nabízí se tak zajímavá možnost využít buňky schopné osidlovat tělo matky během těhotenství pro účely tolerizace příjemce před transplantací. Teoreticky (a s velkou pravděpodobností i prakticky) je mikrochimérní matka schopna tolerovat transplantovanou tkáň biologického otce svých dětí ve větší míře, než odpovídá její molekulární odlišnosti. Pokud má žena děti s několika otci, pak se spektrum tolerovaných molekulárních vzorů rozšiřuje. Možná, že se v dohledné budoucnosti naučíme před plánovanou transplantací osídlit příjemce buňkami dárce transplantátu a nebudeme tak omezeni hledáním genetické shody. Třeba se dočkáme i „povinného očkování“ tolerizačními buněčnými živými vakcínami s cílem indukovat mnohočetný chimérismus…

Mikrochimérismus a autoimunita

Funkční nastavení imunitního systému se pohybuje mezi Skyllou neodpovídavosti (s možným nebezpečím fatálního konce, není-li rozpoznán nebezpečný patogen nebo nádorové buněčné linie) a Charybdou přílišné odpovídavosti (alergie, anafylaxe, autoimunita).

Zajímavé je, že 75 % případů autoimunitních reakcí se objevuje u žen! Jedna z teorií, snažících se vysvětlit příslušnost k ženskému pohlaví jako rizikový faktor vzniku autoimunitních reakcí tvrdí, že autoimunitní reakce jsou v mnoha případech namířeny právě proti tkáním, v nichž jsou lokalizovány mikrochimérní buňky různého původu. Imunologická tolerance mikrochimérismu dle této teorie nemusí být vždy trvalá, může být počase nebo za patologické situace prolomena a důsledkem je autoimunitní reakce.

Jak ale vysvětlit, že se autoimunitní reakce vyskytují u mužů (i u těch, kteří nemají dvojvaječné dvojče – jako zdroj fetálně-fetálního mikrochimérismu) a žen, které nikdy nebyly gravidní? Zastánci mikrochimérismu jako hlavního spouštěcího mechanismu autoimunity pro to mají vysvětlení. Působí zde maternálně-fetální mikrochimérismus (v obou případech může jít o dlouhožijící buňky matky) a skutečnost, že jen cca 25 % počatých dvojčat se rodí skutečně jako dvojčata (u tří čtvrtin početí dochází ke kompletnímu spontánnímu potratu nebo se rodí jen jedno dítě).¹⁾

Samozřejmě, že všechny případy autoimunity není možné vysvětlit pomocí mikrochimérismu, některé fakty jsou však nápadné. Nejsilnější argumenty pro mikrochimérní původ jsou u systémové sklerózy, systémového lupus erythematosus a thyroitidy, kterou je postiženo po porodu až 10 % žen. 60 % všech případů Gravesovy choroby nastává po porodu. Ženy tak možná platí vyšší daň než muži za to, že v nich probíhá větší množství přesunů buněčných populací s cílem úspěšné reprodukce v jedinci s komplexně vyvinutým imunitním systémem.

Mikrochimérismus a interpretace experimentů

Fenomén mikrochimérismu komplikuje některé experimenty – např. studium fenotypu knockoutovaných (KO) zvířat s umlčeným genem. V praxi se takový experiment často realizuje tak, že se zkříží dva heterozygoti (kteří mají „zdravou“ a defektní alelu) a dle Mendelových zákonů se narodí ¼ potomstva jako homozygoti s dvěma nefunkčními alelami. Na nich se pak studuje efekt ztráty konkrétního genu na funkčnost a morfologii, tzv. „knockouta“.

Příkladem může být myš s inaktivovaným genem pro interleukin-2 (IL-2), který je považován za jeden z klíčových regulátorů diferenciace T-lymfocytů. Fenotyp laboratorní myši s nefunkčním IL-2 je překvapivě malý. V roce 2008 byla publikována práce, která ukazuje, že v takovéto myši se nacházejí heterozygotní buňky maternálního původu schopné produkovat dostatečné množství IL-2 pro zajištění funkčnosti imunitního systému. Pokud se experiment provedl správně – křížením myší s umlčeným genem pro IL-2 (bez přítomnosti detekovatelných mikrochimérních buněk ve studovaném potomstvu) – objevil se očekávaný dramatický fenotyp. Byly pozorovány i opačné případy, kdy myší samice s nefunkčním imunitním systémem (šlo o myš s inaktivovaným genem RAG neschopnou vytvářet T- a B-lymfocyty) byla po křížení se zdravým samcem osídlena fetálními heterozygotními buňkami, které byly schopné se diferencovat v plně kompetentní T- a B-lymfocyty a v podstatě částečně opravit mateřskou imunitní nedostatečnost!

Mikrochimérismus a reparace

Největší překvapení přinášejí výsledky v reparaci. Mikrochimérismus měl dlouho špatnou pověst jako jev, který se sice kladně podílí na udržení těhotenství, jeho přetrvávání však vede ke komplikacím autoimunitního charakteru. Většina těchto „špatných“ rysů mikrochimérismu byla postupem času relativizována, naopak se do popředí začala dostávat pozitiva. Již jsem zmínil opravu imunitního systému myši s umlčeným genem RAG fetálními buňkami.

Ženy se dožívají nápadně vyššího věku než muži. Jen v ženách probíhá feto-maternální transport buněk. Tyto buňky jsou velice zajímavé – kromě toho, že se vyznačují imunosupresivním chováním, mají i velký diferenciační potenciál. Jde zřejmě o variantu tzv. mezenchymálních kmenových buněk (někteří autoři tvrdí, že se jedná o buňky odvozené od kmenové buňky krevní řady), jež jsou schopné se podle aktuální potřeby diferencovat do nejrůznějších typů buněk. Diferencované buňky fetálního původu se v samicích nápadně často vyskytují v orgánech, které byly během těhotenství poškozeny. Zde se diferencují do buněčného typu, který je zrovna potřeba pro nápravu funkčnosti. Zní to jako sci-fi, ale řada experimentů ukazuje, že fetální buňky mají schopnost „opravit“ těhotnou samici tam, kde je to nejvíc potřeba!

Samozřejmě, že nejvíc dat přichází ze zvířecích experimentálních modelů (myších a krysích), kdy se zpravidla využívá jedinců schopných syntetizovat zelený fluorescenční protein GFP. Experiment se provede tak, že např. myš bez GFP se zkříží se samcem homozygotním pro gen kódující GFP. Všechna myšata jsou heterozygoti a po osvícení modrým světlem emitují zelenou fluorescenci. Jediné zeleně fluoreskující buňky v těle samice jsou fetálního původu. Pokud se experimentálně poškodí některý orgán – ledviny, játra, mozek – právě zde se nalezne ohnisko diferencovaných (díky zelené fluorescenci snadno identifikovatelných) buněk fetálního původu. Tímto způsobem byly nalezeny např. hepatocyty, buňky ledvinných kanálků, neurony nebo gliové buňky… U člověka byly dokonce v regenerujícím se srdci objeveny kardiomyocyty (buňky srdečního svalu) fetálního původu!

Pokud přijmeme tato fakta, není představa, že fetální mikrochimérismus může mít vysoce pozitivní vliv na svého ženského „hostitele“ zcela nepřijatelná. Je možné, že jedním z důvodů pro evoluci mikrochimérismu je právě „snaha“ embryí o co nejfunkčnější matku, v níž se vyvíjejí. Imunosuprese může být jen vedlejším produktem jejich primárně opravné funkce.

Jako vedlejší důsledek oprav pro potřeby co nejkvalitnějšího vývoje zárodku tak možná ženy získávají oproti mužům výhodu „čerstvých“ a o několik dekád „mladších“ reparačních kmenových buněk. Existuje bohužel minimum statistických dat prokazujících nebo vyvracejících vztah mezi těhotenstvím a dlouhověkostí žen. Minimálně jedna z nich však prokazuje statistickou průkaznost mezi pozdním těhotenstvím a delším věkem dožití. Byl studován vzorek 1635 žen, které se v 17. a 18. století dožily více než padesáti let. Kromě toho, že zde byla prokázána pozitivní korelace mezi počtem dětí a věkem dožití, nejvýraznější vazby bylo dosaženo u pozdních porodů. Při nich by měly být matky nejvíc poškozeny – podle mikrochimérní teorie však také následně nejvíc opraveny a tak obdařeny největší výhodou pro následující léta.

Mikrochimérismus je fenomén velice komplexní,nově rozpoznaný a vysoce kontroverzní. Zda jde, či nejde o mnoho povyku pro nic nebo jen pro velice málo, se teprve ukáže. V každém případě je mikrochimérismus jevem, jenž byl objeven díky pokroku metod buněčné, molekulární a vývojové biologie, který mnohé překvapil a nabídl nové možné odpovědi na staré otázky. Zda bude mikrochimérismus někdy využit pro ovlivňování imunitních odpovědí při transplantacích nebo v reparativní medicíně, je stále otázkou. Co je však jasné a díky hromadícím se experimentálním datům těžko vyvratitelné: jsme komplexní bytosti složené z buněk s několika různými genomy – v nichž je zachycena rodinná historie – s potenciálem využít z nich to nejlepší…