Самое раннее описание воспроизводства относится ко временам Гиппократа (V век до нашей эры). Считалось, что «потомство» происходит путем соединения мужского и женского эякулята (менструальная кровь). Два тысячелетия спустя Уильям Гарвей провозгласил «omne vivum ex ovo» — «все живое из яйца». В эпоху Просвещения под влиянием научной революции конца XVII века Ренье де Грааф признал, что образование яйцеклеток происходит в яичнике. На протяжении полутора веков существовало ошибочное убеждение о фолликуле как собственно женской половой клетке. В 1827 г. Карл Эрнст фон Бэр обнаружил, что ооциты млекопитающих заключены внутри фолликулов яичника. Однако первое описание фолликулогенеза у человека относится только ко второй половине XX века [1].

В настоящее время общепризнано, что яичники выполняют не только функцию воспроизводства (генерация ооцитов), но и синтезируют биологически активные молекулы, в первую очередь стероиды (в основном эстрогены и прогестины), а также факторы роста, имеющие решающее значение для регулирования гипоталамо-гипофизарно-яичниковой оси [2]. Тканевые и молекулярные основы функции яичников имеют фундаментальное значение для установления биологической роли репродуктивной системы. Понимание механизмов фолликулогенеза не только определяет патогенез различных патологических состояний, но и служит отправной точкой для применения терапевтических воздействий в клинической репродуктологии [3].

Овариальная редукция. Репродуктивная система женщины функционирует в строгом соответствии с принципом сокращения [4]. Работами E. Block (1952, 1953), T. Baker (1963) более полувека назад показано, что на 4-м месяце внутриутробного развития в яичниках плода содержится около 6—7 млн незрелых половых клеток (оогониев), окруженных слоем уплощенных гранулезных клеток, образующих примордиальный фолликулярный пул [5, 6]. В любом хронологическом возрасте подавляющее большинство (более 99%) ооцитов в яичниках присутствует в примордиальных фолликулах. Наибольшая потеря примордиальных фолликулов путем апоптоза происходит во второй половине жизни плода. К моменту рождения количество оогониев редуцируется почти в 4 раза — до 1—2 млн [7]. После рождения скорость потери фолликулов несколько замедляется. В возрасте менархе количество женских половых клеток не превышает 300—400 тыс. [8]. В течение репродуктивного периода процесс редукции не только продолжается, но и постепенно ускоряется. В возрасте 30 лет количество примордиальных фолликулов составляет только 12% (10—100 тыс.), в 40 лет — 3% (1—10 тыс.) от их значений к моменту рождения. В менопаузальный период количество фолликулов снижается менее 1000 [9]. На протяжении фертильного периода овулирует всего порядка 400 ооцитов [10].

Впервые 20 лет назад M. Faddy и R. Gosden [11] на математической модели фолликулярной динамики показали, что скорость исчезновения фолликулов увеличивается в 2 раза, когда примордиальный пул сокращается до 25 тыс. фолликулов. Разработанная модель предполагает, что женщины имеют двухфазное экспоненциальное снижение числа примордиальных фолликулов: медленное от рождения до 38 лет, а далее ускоренное. Возраст определен как критический, после которого овариальный резерв резко снижается [12]. Некоторые авторы оспорили это мнение [13, 14]. Новые данные о возможности присутствия митотически активных герминогенных стволовых клеток в яичниках половозрелых мышей не вписывались в общепринятую концепцию репродуктивной биологии млекопитающих. K. Hansen и соавт. [15] показали, что овариальное старение происходит из-за постепенного увеличения скорости атрезии в течение всего репродуктивного периода.

В настоящее время наиболее надежной иллюстрацией старения яичников признана математическая модель W. Wallace и T. Kelsey [16]. Авторами включены морфоколичественные данные о примордиальных фолликулах, демонстрирующие скорость рекрутирования, дальнейшего развития или апоптоза в яичниках женщин от зачатия до менопаузы (рис. 1).

Наряду с редукцией значительного количества фолликулов в течение жизни снижается качество ооцитов, по крайней мере, достигая существенной для реализации репродуктивной функции величины в возрасте старше 30 лет [5] (рис. 2). Потеря качества ооцитов обусловлена неспособностью гомологичных хромосом правильно разделиться во время мейоза, что приводит к увеличению числа анеуплоидных эмбрионов ранних этапов развития у женщин старших возрастных групп [17]. Например, риск трисомии по хромосоме 21 в возрасте 25 лет составляет 1/1500, в возрасте 40 лет — 1/16 [18]. В физиологических условиях около 20% (диапазон колебаний 10—60%) всех ооцитов формируют анеуплоидные эмбрионы. Основные механизмы могут включать повреждение герминогенных клеток при их формировании во время внутриутробной жизни, накопленные повреждения ооцитов в течение жизни женщины или возрастные изменения качества гранулезных клеток, окружающих ооцит [19].

На молекулярном уровне снижение качества ооцитов может быть связано с изменением биохимических процессов в митохондриях. Все митохондрии оогоний по своему происхождению материнские [18], поэтому высказано предположение, что наследование дисфункциональных старых материнских митохондрий может увеличить риск хромосомных аномалий [20]. Старение связано с увеличением митохондриальной агрегации в ооцитах и снижением концентрации церамидов [21] и цитоплазматического аденозинтрифосфата в метафазе II [22].

Еще одним «микроэкзогенным» фактором качества ооцитов является активность теломеразы. Впервые в 1971 г. отечественным ученым А.М. Оловниковым для объяснения экспериментальных данных Л. Хейфлика выдвинута теория маргинотомии — отчет клеточных делений и старения вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Теория предполагала, что «нестарение» обусловлено теломеразой — особым ферментом, препятствующим укорочению теломерных участков при каждой репликации хромосом. В 1985 г. К. Грейдер и Э. Блэкберн выявили в клетках теломеразу, а в 1998 г. при помощи фермента исследователям удалось «омолодить» культуру клеток, за что в 2009 г. ученые были удостоены Нобелевской премии. Так как с возрастом активность теломеразы снижается в клетках яичников человека, несмотря на отсутствие корреляции между тандем-ДНК-полимеразой и уровнем ФСГ, активность фермента является хорошим индикатором функционального возраста яичника [23].

Фолликулогенез у млекопитающих. Фолликулогенез рассматривается как процесс достижения последовательно более высоких уровней организации с помощью пролиферации и дифференцировки клеток. После выхода из покоящегося состояния фолликулы достигают стадии овуляции либо подвергаются атрезии [24]. Развитие фолликулов включает четыре основных этапа: 1) инициацию примордиальных фолликулов; 2) ранний фолликулярный рост (развитие преантральных фолликулов); 3) отбор и рост антральных фолликулов (≥2 мм); 4) созревание преовуляторного фолликула [25]. Механизмы выхода примордиальных фолликулов из состояния покоя окончательно не установлены [26]. Преантральная стадия роста автономная (гормоннезависимая), длится наиболее долго: от инициации примордильных фолликулов до стадии роста вторичных фолликулов проходит в среднем 290 дней (~10 регулярных менструальных циклов). Антральная стадия роста возможна только в присутствии гонадотропных гормонов, прежде всего фолликулостимулирующего. После образования полости в фолликуле скорость его роста увеличивается. Интервал между кавитацией или начальными этапами образования фолликулярной полости (фолликулы диаметром 0,4 мм) до развития преовуляторного фолликула (диаметром 20 мм) составляет около 60 дней (~2 менструальных цикла). Доминантный фолликул отбирается из когорты фолликулов диаметром более 2 мм в конце лютеиновой фазы цикла. Фолликулы примерно одного диаметра (2—5 мм) формируют группы и растут под влиянием возрастающих концентраций ФСГ синхронно. Для достижения доминантным фолликулом преовуляторной стадии требуется около 20 дней. В процессе своего развития большинство фолликулов находится на пути к дегенерации и апоптозу [27—29].

Фолликулогенез происходит постоянно и безостановочно, его дискоординация может приводить к различной гинекологической патологии. Физиологические функции фолликулогенеза известны, однако механизмы, детально контролирующие этот процесс, окончательно не установлены [3]. Большинство молекулярно-генетических исследований в области репродуктивной биологии основано на изучении гомологичных генов у низших организмов и на моделях с целенаправленными нарушениями аллелей (генетически модифицированные мыши) [30]. Работы позволили не только выявить специфические молекулы, вовлеченные в фолликулогенез у человека, но также оказывались в состоянии определить мишени для потенциальных лекарственных средств в лечении патологии яичников [31]. Наиболее полная база данных генов, участвующих в «физиологическом» фолликулогенезе и при отдельных вариантах патологии гонад (синдром поликистозных яичников и преждевременное угасание функции яичников), представлена J. Hua и соавт. [3]. Интегрированная система «фолликул online» основана на более чем 43 тыс. публикаций, описывает 580 генов/белков на 23 моделях организмов, включая человека. Несмотря на большой накопленный объем информации, многие аспекты взаимодействия факторов фолликулогенеза еще предстоит изучить. Особый интерес представляют молекулярно-биологические исследования о состоянии яичников при патологических процессах, сопровождающихся вторичной овариальной недостаточностью. Длительное время основной поиск в области биологии репродукции человека был сосредоточен на последних 2 нед созревания фолликулов. Вместе с тем критически важным является понимание механизмов активации и начального фолликулярного роста, когда количество и качество ооцитов еще не определены окончательно [32].

Постнатальный оогенез. Спор о наличии или отсутствии в постнатальном яичнике герминогенных клеток возник чуть менее 100 лет назад. К середине XX века после публикации S. Zuckerman [33], показавшего, что в течение жизни большинства млекопитающих ооциты не образуются, общепризнанной концепцией считалась теория конечного количества фолликулов, которое формируется в эмбриональный период. В историческом контексте публикация J. Johnson и соавт. [13] «Герминогенные стволовые клетки и фолликулярное обновление в постнатальном яичнике млекопитающих» в журнале «Nature» подняла дискуссию на новый уровень. Авторами показано, что популяция герминогенных стволовых клеток присутствует в яичнике взрослой мыши, а число ооцитов регулируется балансом активации и гибели этих клеток.

Исследования с использованием маркировки ядер тритием тимидина показали, что ооциты постнатальных яичников являются прямыми потомками эмбриональных герминогенных клеток [33]. Незрелые половые клетки фетальных яичников млекопитающих и грызунов экспрессируют несколько факторов, характерных для плюрипотентных стволовых клеток, таких как октамерсвязывающий фактор транскрипции 4, специфический эмбриональный антиген 4, гомеобокс-фактор транскрипции генов, рецептор тирозинкиназы для фактора стволовых клеток и др. [9]. Однако не все оогонии демонстрируют аналогичную экспрессию в постнатальном периоде. Более того, после родов только у некоторых видов млекопитающих (наиболее примитивные приматы) незрелые половые клетки выявляются в гонадах. У человека почти все оогонии вступают в мейоз на 9—22-й неделе внутриутробного развития или останавливаются на стадии профазы I, элиминируются из фетальных яичников и не обнаруживаются в постнатальном периоде [34]. В целом данные свидетельствуют о примитивности неонатальных яичников мокроносых приматов по сравнению с человеческими, одновременно подтверждая факт персистенции оогониев во взрослых гонадах, учитывая эволюционное развитие приматов.

Несмотря на отсутствие прямых доказательств сохранения оогониев в яичниках взрослой женщины, идея о герминогенных стволовых клетках получила развитие [35, 36].

K. Zou и соавт. [14] успешно проведены эксперименты с герминогенными стволовыми клетками. Клетки, полученные от неонатальных мышей, трансплантировали в яичник бесплодных особей, в дальнейшем подвергались оогенезу, демонстрировали нормальный кариотип, высокую активность теломеразы и формировали потомство.

Находки в моделях на грызунах сопровождались аналогичными открытиями в организме человека. Y. White и соавт. [37] выделили митотически активные герминогенные стволовые клетки из коры яичников женщин репродуктивного возраста. Профиль экспрессии генов в них был сопоставим с примитивными половыми клетками. Авторы обнаружили, что герминогенные стволовые клетки способны сохраняться in vitro в течение нескольких месяцев и спонтанно развиваться в ооцитоподобные структуры диаметром 35—50 мкм. После маркировки зеленым флуоресцентным белком и ксенотрансплантации в биоптаты коркового вещества яичников человека или иммунодефицитных мышей наблюдалось образование «ооцитов», экспрессирующих данный белок. Следует все же отметить, что данная работа критикуется некоторыми учеными [9], учитывая потенциальные риски контаминации используемого материала незрелыми ооцитами.

Экспериментальные данные показали, что клетками-предшественниками ооцитов в постнатальных яичниках могут быть и другие популяции стволовых клеток. Работа A. Bukovsky и соавт. [38] впервые демонстрирует в качестве источника стволовых клеток поверхностный целомический эпителий [38], что находит свое подтверждение в других исследованиях [9, 39]. Ооцитоподобные клетки могут также развиваться из стволовых клеток амниотической жидкости человека, эмбриональных клеток дермы и даже панкреатических стволовых клеток в моделях на животных. Таким образом, разнообразные стволовые клетки, проявляющие плюрипотентность, могут являться предшественниками ооцитоподобных клеток, экспрессирующих зародышевые маркеры. Однако они все далеки от реальных и компетентных ооцитов.

Несмотря на ограниченные результаты исследований и большую долю скептицизма в отношении неооогенеза, направление считается весьма перспективным для репродуктивной медицины. Трансплантация аутологичных стволовых клеток и/или оогенез in vitro, вероятно, не восстановят естественную фертильность в ближайшее время, но могут вселять надежду преодоления бесплодия у пациенток с нефункционирующими яичниками. Для онкофертильности такой подход являлся бы даже более безопасным, чем криоконсервация и аутотрансплантации размороженной ткани яичников у больных раком, сопряженные с риском реимплантации злокачественных клеток в организм.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.