Пластиковый химикат повлиял на неожиданные клетки человеческого яичника

Исследование показало, что метаболит распространённого фталата изменяет не только клетки фолликулов, но и работу глии — клеток, связанных с нервной системой яичника. Это открывает новый взгляд на возможные механизмы репродуктивной токсичности.

Почему исследователи смотрели не только на яйцеклетки

Когда речь заходит о влиянии химических веществ на женскую фертильность, внимание обычно сосредоточено на яйцеклетках, гормонах и фолликулах.

Фолликул — это структура яичника, внутри которой находится яйцеклетка, окружённая поддерживающими клетками. Именно здесь происходят процессы, необходимые для её роста и созревания.

Однако яичник устроен гораздо сложнее.

Помимо фолликулов, в нём присутствуют сосудистые, иммунные, соединительнотканные и другие клетки. Они образуют общую среду, в которой развиваются яйцеклетки.

В этой системе важны не только отдельные клетки, но и их взаимодействия. Они обмениваются молекулярными сигналами, поддерживают структуру ткани и участвуют в обеспечении клеток питательными веществами.

Поэтому повреждение окружающих клеток теоретически способно нарушать функции яичника даже без непосредственного воздействия на яйцеклетку.

Именно эту возможность решили изучить исследователи Каролинского института.

Как распространённый пластификатор превращается в MEHP

DEHP, или ди(2-этилгексил)фталат, — вещество из группы фталатов, применяемое для придания гибкости некоторым пластмассам, прежде всего изделиям из поливинилхлорида.

Фталаты используются в различных промышленных и потребительских материалах. Некоторые представители этой группы также применяются в косметической промышленности.

В отличие от химических компонентов, прочно встроенных в структуру материала, пластификаторы могут постепенно высвобождаться из пластиковых изделий и попадать в окружающую среду.

В результате человек может контактировать с ними через пищу, воздух, пыль и другие источники.

После попадания DEHP в организм он подвергается химическим превращениям. Один из основных продуктов его метаболизма — MEHP, или моно(2-этилгексил)фталат.

Именно MEHP исследователи использовали в эксперименте.

Это принципиальное уточнение: работа изучала не воздействие пластиковых частиц на яичник и не свойства всех фталатов, а биологическое действие конкретного метаболита одного из них.

Шесть дней воздействия и 12 тысяч клеток под наблюдением

Учёные использовали образцы ткани яичников, полученные во время хирургических вмешательств.

В экспериментах с фрагментами ткани участвовали образцы семи доноров. Дополнительные исследования проводились на клеточных культурах, а общее количество доноров, предоставивших ткани для разных этапов работы, составило девять человек.

Небольшие фрагменты ткани сохраняли в лабораторных условиях и в течение шести дней подвергали воздействию MEHP.

Исследователи использовали две концентрации:

• 20,51 наномоля на литр — уровень, выбранный на основании данных о концентрациях MEHP в крови людей и сопоставимый с концентрациями, встречающимися у женщин.
• 20,51 микромоля на литр — концентрация в тысячу раз выше, предназначенная для изучения реакции клеток при более интенсивном воздействии.

После завершения эксперимента учёные применили технологию single-cell RNA sequencing — секвенирование РНК отдельных клеток.

Этот метод позволяет определить, какие гены активны в каждой клетке, вместо того чтобы получать усреднённый результат для целого фрагмента ткани.

Проще говоря, обычный анализ показывает, что происходит с тканью в целом. Single-cell анализ позволяет увидеть, какие именно клеточные группы реагируют на воздействие и чем их реакции отличаются.

Всего исследователи проанализировали 12 005 клеток.

Важная особенность: детальное секвенирование проводилось на ткани одного донора. Отдельные молекулярные результаты затем дополнительно проверяли на образцах других доноров и независимых клеточных моделях.

Самая неожиданная реакция произошла в клетках глии

Анализ выявил семь основных клеточных популяций яичника, включая яйцеклетки, клетки фолликулов, соединительнотканные, сосудистые, иммунные и глиальные клетки.

Последняя группа оказалась особенно интересной.

Глия — это клетки нервной системы, выполняющие поддерживающие и регуляторные функции. В периферической нервной системе к ним относятся, например, шванновские клетки, окружающие нервные волокна.

Глиальные клетки присутствуют и в яичнике, хотя их расположение и функции здесь изучены значительно хуже, чем в головном мозге или периферических нервах.

Исследователи обнаружили, что после воздействия MEHP именно глиальные клетки демонстрировали одни из наиболее выраженных изменений активности генов.

Причём их реакция оказалась заметной уже при меньшей, сопоставимой с реальными уровнями воздействия концентрации.

Для большинства клеточных популяций более высокая концентрация MEHP сопровождалась большим количеством изменивших активность генов. У глии такой закономерности не наблюдалось.

Однако важно правильно понимать результат.

Изменение активности генов не означает автоматической гибели клеток или утраты их функций. Оно показывает, что клетки изменили свою молекулярную программу в ответ на химическое воздействие.

Главный механизм оказался связан с контактами между клетками

Важнейшее открытие касалось не столько отдельных генов, сколько систем, обеспечивающих согласованную работу клеток.

Учёные обнаружили изменения в трёх взаимосвязанных направлениях:

• Клеточная адгезия: механизмы, позволяющие клеткам прикрепляться друг к другу и к окружающей ткани.
• Цитоскелет: внутренняя система белковых структур, которая поддерживает форму клетки, участвует в движении и передаче механических сигналов.
• Митохондриальные процессы: механизмы, связанные с использованием кислорода и производством клеточной энергии.

Почему это существенно?

Представьте ткань как сложную систему, в которой каждая клетка должна не только выполнять собственную работу, но и поддерживать связи с соседями.

Межклеточные контакты нужны не просто для механического соединения. Через них клетки получают информацию об окружающей среде, реагируют на изменения и согласуют своё поведение.

Когда изменяется работа белков, отвечающих за такие контакты, потенциально меняется и способность ткани поддерживать нормальную организацию.

Исследователи обнаружили, в частности, изменения белка винкулина (VCL), участвующего в соединении клеточных структур с системой межклеточных контактов.

Это подтверждает, что MEHP способен затрагивать не только гормональные процессы, с которыми традиционно связывают действие фталатов, но и фундаментальные механизмы клеточной организации.

Глиальные клетки начали иначе взаимодействовать с окружающей тканью

Здесь появляется один из наиболее интересных результатов исследования.

Учёные использовали вычислительный анализ, позволяющий по активности генов оценивать потенциальные сигнальные взаимодействия между различными типами клеток.

В контрольных образцах глиальные клетки демонстрировали многочисленные предполагаемые взаимодействия с окружающими клеточными популяциями.

После воздействия MEHP расчётная интенсивность этих взаимодействий заметно уменьшалась.

Наиболее выраженные изменения затрагивали связи между глиальными и стромальными клетками.

Стромальные клетки образуют значительную часть соединительнотканного окружения яичника. Они участвуют в поддержании его структуры и создании условий для работы других клеток.

Таким образом, исследователи обнаружили признаки изменения молекулярной коммуникации между нервными поддерживающими клетками и окружающей тканью.

В анализе глиальных клеток вероятность получения входящих сигналов снижалась приблизительно в шесть раз, а интенсивность предполагаемых исходящих взаимодействий — в два-три раза.

Эти показатели были рассчитаны на основании данных об экспрессии генов. Они не являются прямым измерением передачи нервных импульсов или фактического обмена сигналами внутри живого организма.

Тем не менее результат указывает на ранее практически не изучавшийся механизм возможного воздействия химических веществ на яичник.

Митохондрии тоже отреагировали на химическое воздействие

Второе важное направление изменений касалось митохондрий.

Митохондрии часто называют энергетическими станциями клетки. Они участвуют в производстве АТФ — молекулы, которая обеспечивает энергией множество клеточных процессов.

Для эффективного синтеза АТФ митохондрии используют разницу концентраций протонов по разные стороны внутренней мембраны.

Можно представить эту систему как аккумулятор, в котором запасённая энергия используется для выполнения работы.

В дополнительных экспериментах исследователи обнаружили увеличение так называемой протонной утечки.

Это ситуация, при которой часть протонов возвращается через митохондриальную мембрану, не участвуя непосредственно в синтезе АТФ.

Такая утечка может отражать изменение энергетической эффективности или адаптационную реакцию клетки на стресс.

В исследовании повышение протонной утечки наблюдалось в первичных клеточных культурах яичника, преимущественно состоявших из стромальных клеток.

Одновременно анализ выявил изменения активности генов и содержания некоторых белков, связанных с митохондриальной дыхательной цепью.

Однако эти результаты нельзя интерпретировать как доказательство общего энергетического истощения яичника.

В разных клеточных популяциях реакции отличались, а в отдельных экспериментах наблюдалась существенная вариабельность между образцами.

Пока речь идёт о признаках нарушения регуляции митохондриальных процессов, а не об установленной утрате репродуктивной функции.

Почему привычная модель токсичности фталатов оказалась неполной

На протяжении многих лет воздействие фталатов на репродуктивную систему преимущественно рассматривалось через эндокринные механизмы.

Фталаты относят к веществам, способным нарушать работу гормональной системы. Такие вещества называют эндокринными дизрапторами.

Ранее экспериментальные работы показывали, что некоторые фталаты способны влиять на развитие фолликулов, выработку гормонов и жизнеспособность репродуктивных клеток.

В 2024 году та же исследовательская группа продемонстрировала, что MEHP может нарушать рост и выживание человеческих фолликулов в лабораторной культуре.

Новая работа расширяет эту картину.

Возможное воздействие химического вещества не обязательно ограничивается изменениями гормональной регуляции или прямым повреждением яйцеклеток.

Оно может затрагивать клеточную архитектуру, энергетический обмен и молекулярные взаимодействия между различными компонентами органа.

Именно поэтому исследователи предлагают рассматривать яичник как единую многоклеточную систему, а не только как совокупность фолликулов.

Можно ли связать эти изменения с бесплодием

Это самый важный вопрос для практической интерпретации результатов.

Эпидемиологические исследования ранее обнаруживали связи между уровнем отдельных метаболитов фталатов и некоторыми показателями репродуктивного здоровья женщин.

Среди них — показатели овариального резерва, реакция яичников на гормональную стимуляцию при лечении бесплодия и отдельные нарушения репродуктивной функции.

Однако статистическая связь не доказывает причинно-следственную зависимость.

Новое исследование предлагает возможные клеточные механизмы, которые могут помочь объяснить часть таких наблюдений.

Но оно не показывает, что обнаруженные изменения непосредственно вызывают бесплодие.

Для этого потребовалось бы продемонстрировать, что молекулярные нарушения действительно приводят к измеримым изменениям функции яичников, а затем подтвердить их значение для здоровья женщин.

Пока такой последовательности доказательств нет.

Почему лабораторные результаты нельзя напрямую переносить на повседневную жизнь

У работы есть несколько существенных ограничений.

Во-первых, детальный анализ активности генов отдельных клеток проводился на материале одного донора.

Хотя часть результатов подтверждалась другими методами и на независимых образцах, это не заменяет полноценного исследования биологической вариабельности между людьми.

Во-вторых, ткани исследовали вне организма. Шестидневное воздействие MEHP в лаборатории не воспроизводит всех особенностей реального контакта человека с химическим веществом.

В живом организме действуют механизмы всасывания, распределения, метаболизма и выведения веществ.

В-третьих, некоторые доноры ранее получали андрогенную гормональную терапию, что потенциально могло влиять на характеристики ткани.

В-четвёртых, исследовали только MEHP, тогда как в реальной жизни человек одновременно контактирует с различными фталатами и другими веществами.

Наконец, изменения экспрессии генов и межклеточной коммуникации ещё не позволяют количественно оценить риск нарушения фертильности.

Поэтому результаты нельзя использовать для утверждений, что определённый пластиковый предмет вызывает бесплодие или что конкретный уровень бытового воздействия неизбежно повреждает яичники.

Что новое исследование может изменить в оценке безопасности химических веществ

Значение работы выходит за пределы одного фталата.

Традиционные методы оценки репродуктивной токсичности часто сосредоточены на гормональных показателях, состоянии фолликулов и развитии половых клеток.

Новое исследование показывает, что такой подход может упускать изменения в других клеточных популяциях.

Особенно интересна глия, которая до недавнего времени практически не рассматривалась как самостоятельная мишень химического воздействия внутри яичника.

В дальнейшем исследователям предстоит определить, какие функции выполняют эти клетки в норме и насколько изменения их активности способны влиять на созревание фолликулов и репродуктивное здоровье.

Также необходимо выяснить, обратимы ли обнаруженные нарушения, как они зависят от продолжительности воздействия и возникают ли при контакте с другими веществами.

Для врачей исследование пока не меняет существующие подходы к диагностике или лечению бесплодия.

Для токсикологов оно предлагает новые клеточные мишени, которые потенциально стоит учитывать при разработке методов проверки безопасности химических веществ.

Для обычного человека главный практический смысл заключается не в необходимости немедленно отказаться от всех пластиковых изделий, а в понимании того, насколько сложными могут быть биологические эффекты привычных веществ.

Разумное сокращение ненужного контакта с потенциально опасными пластификаторами соответствует общему профилактическому подходу. Но данное исследование не проверяло эффективность конкретных бытовых мер и не позволяет утверждать, что они улучшают фертильность.