Задержка роста плода (ЗРП) относится к группе «больших» акушерских синдромов и является одной из основных причин перинатальной заболеваемости и смертности [1–4]. Данная патология является проявлением патологических изменений в органах и системах плода, что может оказывать неблагоприятное влияние на последующую жизнь ребенка, а также приводить к долгосрочным нарушениям здоровья взрослого человека [5–8]. Наиболее изученной областью исходов у этих новорожденных являются кардиометаболические нарушения, которые во взрослой жизни чаще всего прогрессируют в метаболический синдром, динамика которого приводит к таким заболеваниям, как сахарный диабет 2 типа, ишемическая болезнь сердца и др. [9–12]. При изучении плодов с ЗРП и маловесных к гестационному возрасту (МГВ) было отмечено, что не каждый ребенок с ЗРП отставал в развитии нервной системы. В то же время дети, рожденные маловесными, имели в дальнейшем неврологические нарушения [13, 14]. С этих позиций интерес представляет изучение механизмов, влияющих на развитие нервной системы ребенка, подвергшегося отставанию в своем физическом развитии и столкнувшегося в дальнейшем со сложностями в познании окружающего мира.
В настоящее время ЗРП понимают как неспособность достичь им своего генетического потенциала развития в утробе матери. Однако, учитывая последние данные, связанные с быстрым «созреванием» плода и неэффективностью пролонгирования беременности, можно предположить, что данное определение неактуально [15–17]. Следует понимать, что ЗРП – генетически варьируемый способ выживания плода в условиях хронического стресса и длительной гипоксии. При этом хронический стресс в данном контексте определяется как субоптимальная пренатальная среда, которая включает в себя окислительный стресс и митохондриальную дисфункцию, стресс эндоплазматического ретикулума, воспаление, апоптоз и аутофагию [18–20]. Изучая антенатальный нейрогенез плодов с ЗРП, необходимо исследовать ключевые моменты, влияющие на постнатальные отклонения в развитии нервной системы с учетом сроков гестации [21–23].
Приведенные выше данные рассматриваются как внутренние факторы, влияющие на гипоксию в антенатальном развитии плодов с ЗРП. Учитывая многофакторность вопроса, необходимо понимать также и внешние причины, влияющие на «фетальное программирование» при ЗРП, приводящие к гипоксии. К данным фактором относятся: анемия, курение и синдром обструктивного апноэ во сне, повышенное сосудистое сопротивление, воспалительные заболевания и диабет у матери, проживание матери в высотной области выше 2500 м [24].
Развитие центральной нервной системы (ЦНС) у человека начинается с пролиферации клеток и нейрогенеза с 8 до 16 недель беременности. Точно так же пролиферация сосудистого дерева соответствует этой ранней фазе нейрогенеза, закладывая основу для нейроваскуляции. Вторая – пролиферативная фаза, между 20-й неделей и 1 годом жизни (или более), является периодом глиогенеза. Нейроны генерируются в специализированных пролиферативных вентрикулярных и субвентрикулярных зонах с 12-й по 20-ю неделю гестации и мигрируют, что перекрывается с ранней пролиферативной фазой, перемещая постмитотические нейроны из зон интенсивной пролиферации в места их окончательного проживания. Распространение нейронов по всей ЦНС имеет решающее значение для установления клеточной архитектуры и последующего развития нейронных сетей. Самая крупная и лучше всего описанная массовая миграция нейронов происходит для формирования коры головного мозга. Нейроны проходят из желудочковой зоны к корковой пластинке и мигрируют вдоль этих проводников глиальных волокон. Первый набор мигрирующих клеток внутри головного мозга сначала занимает самые глубокие слои коры, а последующие волны мигрирующих нейронов занимают положение следующих наиболее поверхностных слоев коры. Полный набор нейронов в коре достигается между 20-й и 24-й неделями беременности, а к 28 неделям формируется шестислойная кора с нейронами. В III триместре беременности закладывается основа для мозговой сети, архитектуры и последующей неврологической функции, устанавливая внутри- и межрегиональные сети и синаптогенез головного мозга, что приводит к миелинизированию. При оптимальном течении антенатальных организационных процессов закладывается основа для интегрированной обработки информации в глобальном масштабе, что необходимо для сложных когнитивных задач, поведения и двигательных функций. Оптимальная функция нейронов зависит от адекватной миелинизации аксонов в качестве изоляции для передачи сигнала, что обеспечивается зрелыми олигодендроцитами. Миелинизация обеспечивает нейронам защиту и поддержку критической липопротеиновой мембраны, которая способствует целостности аксонов и быстрой передаче импульсов, а также оптимизирует метаболическую эффективность [25–27].
Основными «точками агрессии» нервной системы у плодов с ЗРП являются: 1) повреждение белого вещества посредством уменьшения его объема и нарушения миелинизации нейронов; 2) уменьшение толщины серого вещества и расстройства гирификации в ответственных за когнитивные функции отделах головного мозга (гиппокампе, лобных и височных долях); 3) механизм «выживания» путем региональных изменений церебральной перфузии (сдвиг адаптивной реакции в направлении хвостатого ядра, внутренней капсулы и базальных ганглиев); 4) нейровоспаление, окислительный стресс и апоптоз; 5) экспрессия и роль в развитии нервной системы у плода нейротрофического фактора мозга (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) – белка человека, кодируемого геном BDNF. BDNF относится к нейротрофинам, веществам, стимулирующим и поддерживающим развитие нейронов. Он действует на определенные нейроны центральной и периферической нервных систем, помогая выживать появляющимся нейронам, увеличивает численность и дифференциацию новых нейронов и синапсов [28–31].
Повреждение белого вещества, связанное с ЗРП, включает уменьшение объема белого вещества и его гипомиелинизацию. Дефицит миелинизации, наблюдаемый у доношенных и недоношенных детей с ЗРП, проявляется в возрасте 12 и 18 месяцев, а также 6 лет, что указывает на долговременные изменения белого вещества головного мозга [32]. Миелин продуцируется и откладывается только зрелыми олигодендроцитами, начиная примерно с 30–32 недель беременности [33]. Незрелые предшественники, преолигодендроциты, присутствуют до начала миелинизации и составляют 90% всех олигодендроцитов на 23–32-й неделе беременности. Считается, что именно эти преолигодендроциты чрезвычайно чувствительны к таким состояниям, как гипоксия или повышенный уровень нейровоспалительных медиаторов, и, следовательно, причастны к повреждению белого вещества при недоношенности или других перинатальных нарушениях. К дополнительным поддерживающим глиальным клеткам, необходимым для оптимальной работы сети мозга, относят астроциты, микроглию и нейроваскуляцию, которые при гипоксии и ЗРП способствуют невропатологии и активируют патологические пути, которые могут модифицировать повреждение [34, 35].
Раннее созревание лимбических областей, в особенности миндалевидного тела и гиппокампа, может быть особенно уязвимо при внутриутробной гипоксии: сокращается объем и изменяется топология регионарной сосудистой сети данных областей. Есть данные о восприимчивости лимбической системы к гипоксически-ишемическому повреждению мозга, воздействию на плод глюкокортикоидов, уровень которых повышается в условиях материнского стресса и/или дисфункции плаценты [36, 37].
Время развития гиппокампа объясняет избирательную чувствительность данной структуры к ЗРП. Гиппокамп напоминает взрослую форму к 25-й неделе беременности. II триместр беременности характеризуется активным периодом нейрогенеза, и незначительные нарушения могут оказывать сильное влияние на развитие гиппокампа. Кроме того, последний, по-видимому, является одной из областей мозга, особенно подверженной эпигенетической модификации и влиянию окружающей среды [34, 38, 39].
Описано несколько структурных и функциональных аномалий головного мозга, потенциально связывающих скорость роста плода с неблагоприятными последствиями для развития нервной системы и социально-когнитивных функций. Так, у младенцев с ЗРП обнаруживаются уменьшенные объемы мозга, а также задержка и уменьшение миелинизации [37, 40, 41].
ЗРП оказывает серьезное влияние на развитие также в виде снижения объема серого вещества и уменьшения толщины коры головного мозга, что приводит к изменению укладки последней и формированию аномальной корковой складчатости. Вышеуказанные процессы, характеризующиеся снижением структурной сложности коры головного мозга, объема гиппокампа и мозжечка, описаны в литературе у малых для гестационного возраста и недоношенных новорожденных [27, 42]. Уменьшению толщины коры у младенцев с задержкой роста могут способствовать снижение числа нейронов неокортекса и/или изменение дифференцировки нейронов и отростков нейритов. Так, I. Dudink et al. (2022) было показано, что при ЗРП отмечается уменьшение окружности головы, количества клеток в кортикальной пластинке и маргинальной зоне, которые снабжают клетки будущей коры. Приведенные данные подчеркивают, что дефицит развития серого вещества коры головного мозга закладывается во время беременности и проявляется к началу III триместра [25]. Необходимо отметить, что толщина коры уменьшается в островковой, височной, теменной и лобной долях. Уменьшаются внутричерепной объем и мозговое кровообращение серого вещества, толщина таламических и базальных ганглиев, гиппокампа [35].
В ответ на хроническую гипоксию вначале наблюдается преимущественная перфузия крови в лобную область головного мозга, на что указывает расширение сосудов передней мозговой артерии (ПМА), это происходит до наступления изменений в средней мозговой артерии (СМА) [41]. Если гипоксия сохраняется и/или ухудшается, церебральная перфузия изменяется с вазодилатацией СМА и сдвигом от преимущественного кровоснабжения лобных долей к глубокому серому веществу базальных ганглиев. Вазодилатация СМА при снижении пульсационного индекса связана с усугублением гипоксемии плода. Следовательно, кровоток в пределах СМА можно использовать для определения прогрессирующей гипоксии плода и региональных изменений церебральной перфузии. Изменение регионарной церебральной вазодилатации, впервые проявляющееся в ПМА, а затем, примерно через неделю, обнаруживаемое в СМА, демонстрирует сдвиг адаптивной реакции на гипоксию от поддержания развития мозга к выживанию. Начальная вазодилатация ПМА поддерживает кровоснабжение лобной области мозга, включая медиальные области лобной и теменной долей, вероятно, защищая развитие областей мозга, связанных с основными двигательными и когнитивными функциями, включая речь и память. При длительной или усугубляющейся гипоксии плода происходит снижение перфузии крови в лобную область через ПМА, наряду с появлением сниженного пульсационного индекса в СМА. Вазодилатация СМА происходит постепенно по мере ухудшения состояния плода, что, по-видимому, отражает усиление перфузии в направлении хвостатого ядра, внутренней капсулы и базальных ганглиев. Этот постепенный сдвиг от снабжения ПМА лобной области к снабжению СМА глубокого серого и белого вещества может быть «механизмом выживания», поскольку регуляция жизненно важных функций, таких как дыхание, частота сердечных сокращений и артериальное давление, контролируется стволом головного мозга, который имеет непосредственные связи через тракты белого вещества внутренней капсулы с базальными ганглиями [27].
Постнатальная среда играет косвенную роль в провоцировании долгосрочной метаболической дисфункции, поскольку потомство, рожденное в среде, которая «не соответствует» среде внутриутробного развития, подвержено неадекватным изменениям в программировании плода. Исследования на животных выявили несколько механизмов, управляющих этой взаимосвязью, включая эпигенетическую регуляцию экспрессии генов, микробиоту и оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники. Рост и развитие плода состоят из сложных клеточных процессов, которые очень чувствительны к внутри- и внеклеточным стрессорам [42].
Исследование нейровоспаления обнаруживает растущие доказательства раннего молекулярного воздействия ЗРП на головной мозг [32]. Нейровоспаление опосредовано микроглией и включает ряд процессов. В ряде исследований сообщалось, что число активированных микроглиальных клеток, астроцитов и экспрессия провоспалительных цитокинов увеличивались на животных при создании модели ЗРП. При этом астроциты становятся реактивными в ответ на сигналы, продуцируемые поврежденными нейронами, что усугубляют повреждение головного мозга [20].
Кроме того, по данным литературы, ЗРП часто вызывает повышенный стресс в митохондриях, поскольку эта органелла играет основную роль в производстве энергии. Возникающая при этом митохондриальная дисфункция сосуществует с неослабевающим окислительным стрессом. Увеличение активных форм кислорода (АФК), дифференциальная экспрессия антиоксидантных ферментов, усиление перекисного окисления липидов и нарушение синтеза АТФ в совокупности указывают на то, что окислительный стресс является важным фактором аберрантного метаболизма [42].
Известно, что апоптоз является важной физиологической реакцией на развитие и повреждение нервной системы. Исследования на моделях грызунов показали, что основным проявлением повреждения серого вещества при задержке внутриутробного роста были потеря и разрушение нейронов, что в основном связано с апоптозом нейронов [36]. Последний при ЗРП был связан с повышенной экспрессией каспазы-3, которая снижала экспрессию антиапоптотического внутриклеточного белка Bcl-2 (Apoptosis regulator Bcl-2) и увеличивала экспрессию проапоптотического Bcl-2-подобного белка 4, который у людей кодируется геном BAX. Экспрессия Bcl-2 и Bax регулируется p53, который индуцирует одновременно апоптоз и транскрипцию MDM2, который ингибирует p53, индуцирующий апоптоз. Апоптотическая активность и уровни мРНК p53, общего белка p53 и фосфорилированного белка p53 (Ser15) были значительно повышены, а уровни мРНК MDM2 и фосфорилированного белка MDM2 (Ser166) были снижены в области CA1 гиппокампа, коры, околожелудочкового белого вещества и миндалевидного тела крыс с задержкой внутриутробного развития. Эти результаты показывают, что p53-сигнальный путь в головном мозге при задержке внутриутробного развития крыс нарушается, и это нарушение приводит к усилению апоптоза, индуцированного p53 [20].
К факторам, усиливающим апоптоз, относят BDNF-реакцию. Известно, что связывание BDNF с рецептором TrkB способствует выживанию нейронов, когда как связывание с рецептором p75NTR – апоптозу. BDNF синтезируются в виде форм-предшественников (pro-BDNF), расщепляются внутриклеточными протеазами, такими как фурин (pro-конвертаза), что приводит к образованию зрелой молекулы BDNF на карбоксильном конце. Зрелая молекула BDNF предпочтительно активирует рецепторы TrkB, в то время как про-BDNF, которая также является биологически активной, предпочтительно активирует рецептор p75NTR, усиливая апоптоз. Активация p75NTR с последующим взаимодействием с такими сигнальными молекулами, как NRAGE, TRAF и NRIF, приводит к апоптозу в основном за счет JNK-зависимого фосфорилирования Bad (проапоптогенный белок семейства Bcl-2). Исходя из вышеизложенного, соотношение pro-BNDF и зрелых BDNF определяет выживаемость или гибель клеток по пути апоптоза [31].
BDNF обнаруживается во всей ЦНС, но в большей степени экспрессируется в гиппокампе, особенно в субгранулярной зоне зубчатой извилины, мозжечке, пирамидных клетках неокортекса, а также в спинном мозге [34]. Экспериментальные исследования показали, что у новорожденных его уровень в коре головного мозга коррелирует с таковым в сыворотке крови. В связи с чем определение BDNF в пуповинной крови позволяет не только выявить наличие повреждения, но и одновременно оценить компенсаторные возможности ремоделирования нейронных структур головного мозга новорожденного, а также прогнозировать последствия неблагоприятных воздействий в антенатальном периоде развития [21]. BDNF имеет решающее значение для нейрогенеза гиппокампа, способствующего обучению и развитию памяти. Однако это влияние остается не до конца изученным. [28]. BDNF синтезируется на низких уровнях в ЦНС во время внутриутробного развития плода и на более высоких уровнях в постнатальный период. У взрослых BDNF является наиболее распространенным нейротрофином с высокой концентрацией в гипоталамусе и гиппокампе. В работе D.D. Briana и A. Malamitsi-Puchner (2018) показано, что BDNF может выполнять важные функции во время беременности, модулируя рост плода и участие в развитии и созревании центральных и периферических органов плода, включая плаценту. BDNF действует на свой рецептор у предимплантационных эмбрионов, кроме того, способствует размножению клеток трофэктодермы и отростков бластоцисты перед имплантацией у животных и человека. Во время внутриутробного развития экспрессия BDNF и его рецептора значительно возрастает в период максимального роста нейронов, дифференцировки и синаптогенеза [28]. Кроме того, BDNF может предотвращать апоптоз нейронов, индуцируя экспрессию антиапоптотических членов семейства Bcl-2 и ингибиторов каспаз, а также ингибируя проапоптотические белки, такие как Bax и Bak. Способствуя выживанию нейронов, росту нейритов и синаптогенезу, BDNF играет решающую роль в формировании нейронных цепей в головном мозге, включая те, которые регулируют энергетический гомеостаз, а также участвует в контроле множества аспектов циркадных паттернов поведения и нейроэндокринных процессов [31].
BDNF был обнаружен в амниотической жидкости во время беременности человека и животных. Плацента, вероятно, может быть основным источником BDNF в амниотической жидкости во время беременности. Ингибитор К252а ограничивает развитие плаценты, что сопровождается повышением апоптоза клеток трофобласта во время беременности и снижением массы тела плода, что указывает на существенную роль BDNF в программировании плода и последующих долгосрочных последствиях во взрослом возрасте (метаболический синдром, ожирение и т.д.) [28].
Активация синапсов и «запуск» потенциалов действия для распространения сигналов по аксонам являются фундаментальными механизмами, с помощью которых нейроны выполняют свои функции. Продуцируемый в зависимости от активности нейронов сигнальный путь BDNF усиливает синаптическую пластичность и способствует нейрогенезу и, таким образом, может опосредовать благотворное влияние прерывистых энергетических проблем на когнитивные функции и настроение. Активация рецептора BDNF TrkB усиливает биоэнергетику нейронов, стимулируя транспорт глюкозы и митохондриальный биогенез, одновременно повышая устойчивость нейронов к метаболическому, окислительному и эксайтотоксическому стрессу. Нарушение регуляции BDNF может привести к нарушениям репродуктивной функции и таким неблагоприятным исходам беременности, как преэклампсия и ЗРП [29].
Вышеуказанное обусловливает актуальность поиска белков-маркеров повреждения головного мозга. Были описаны несколько потенциальных маркеров повреждения мозгового вещества: S100beta, NSE, GFAP, UCHL1, NF-H, NF-M, NF-L, Tau protein, BT-CC, SBDP150, SBDP145, MAP2, BDNF, Abeta42, Synaptogyrin-3, PrPc, TPD-43, Sinaptopodin. Так, в пуповинной крови доношенных новорожденных, но с развившейся тяжелой формой гипоксически-ишемической энцефалопатии уровень креатин-фосфокиназы мозгового типа (BT-CC) был повышен в несколько раз по сравнению с таковым у здоровых детей в течение первых 6 и 24 ч жизни. Но при этом BT-CC не является ферментом, специфичным для повреждения головного мозга, а экспрессируется в большинстве тканей и может быть связан с повреждением других органов при асфиксии [36]. Белок S100 экспрессируется клетками глии, но может вырабатываться адипоцитами тканей, клетками сердечной мышцы, скелетных мышц; его уровень также может повышаться при ортопедическом повреждении, не включая повреждение головного мозга [32]. All-spectrin proteins (SBDP145, SBDP150, STNF) – аксональные белки, помимо экспрессии в ЦНС, могут вырабатываться периферическими мононуклеарами [23].
Еще одним кандидатом является убиквитин-С-терминальная гидролаза L1(UCHL1), фермент, специфичный для цитоплазмы нейронов, – маркер апоптоза. Уровень этого белка значительно повышается в первые 24 ч жизни новорожденных со средней и тяжелой формой гипоксически-ишемической энцефалопатии, но обладает очень слабой корреляцией с изменениями, детектируемыми на магнитно-резонансной томографии (МРТ) уже на 5-е сутки жизни и в более позднем периоде (1 год). UCHL1 результативен, во-первых, в отношении его совместного рассмотрения в качестве маркера вместе с GFAP. Он недостаточно специфичен для ЦНС, так как вырабатывается нейронами периферической нервной системы, клетками эндокринной системы, гладкомышечными клетками, эндотелиальными клетками [30]. NSE как маркер неспецифичен по отношению к повреждению ЦНС. Помимо выработки его в межклеточном пространстве нервной системы, он может вырабатываться в эритроцитах при их повреждении [32]. Так же, как и маркер MBP, который является белком миелина ЦНС, он может экспрессироваться и миелином периферической нервной системы, и клетками костной ткани, и клетками иммунной системы [26].
Неоднозначна роль белка легкой цепи нейрофиламента (NF-L). Несмотря на его высокую корреляцию с картиной МРТ в последующих временных интервалах, его повышенный уровень в первые 6 ч жизни остается под вопросом, и данный белок можно, скорее всего, рассматривать как прогностический признак дальнейшего исхода, а не постановки диагноза [39].
Известно, что S100A8 участвует в ряде важных биологических процессов, включая воспаление и регуляцию гомеостаза кальция посредством взаимодействия с S100A9. Также было обнаружено, что комплекс S100A8/A9 участвует в ингибировании чрезмерных окислительных процессов и способствует продукции провоспалительных цитокинов. В свою очередь, гаптоглобин является антиоксидантным белком, связывая свободный гемоглобин, и защищает головной мозг от АФК во время кровоизлияний, экспрессируется в тканях печени и мозга [32].
Итак, можно сделать вывод о том, что все маркеры делятся на специфичные к повреждению головного мозга и неспецифичные. К нейроспецифичным маркерам относятся: GFAP, S100B, MBP, S100A8, BDNF, Tau-protein, Sinaptopodin, NGAL, NPTRX -2. Все остальные рассматриваемые белки относятся к группе неспецифичных и могут вырабатываться при повреждении не только клеток нервной системы, но и эритроцитов, клеток костной ткани, эндокринной системы и др.
Необходимо помнить не только о прогностической ценности биологически активных веществ, но и о времени их максимальной концентрации в крови, что позволяет их разделить на две группы: острофазные белки и белки хронического повреждения. К острофазным белкам будут относиться: BT-CC, All-spectrin proteins (SBDP145, SBDP150, STNF), UCHL1, NF-H, NF-M, MAP2, NSE). Остальные белки относятся к белкам, концентрация которых в плазме будет иметь большую прогностическую ценность при хроническом повреждении.
Заключение
Таким образом, изменение фетального программирования, направленности иммунометаболических процессов, уровня воспалительного реагирования является причиной нарушения формирования здоровья в постнатальном периоде жизни, витальной сердечно-сосудистой и нейроэндокринной патологии в молодом и среднем возрасте. Поэтому выявление клеточных и молекулярных механизмов, вызывающих плацентарную дисфункцию, нарушения оптимального развития органов плода и генетического/эпигенетического программирования, белков-маркеров повреждения мозгового вещества плода, определение которых необходимо для ранней диагностики гипоксически-ишемической энцефалопатии, является серьезной проблемой, необходимой для дальнейшего изучения.
