Согласно данным статистики последних 10 лет, частота преждевременных родов в России сохраняется в пределах 7–12% [1, 2], во многих развитых странах, включая Европу, находится в пределах 5–9% [3]. По данным Общества акушеров‑гинекологов США, отмечается рост их частоты до 12–13% [4]. Спонтанное начало преждевременных родов отмечается в 40–45%, при этом 25–30% случаев сочетаются с преждевременным разрывом плодных оболочек, 30–35% составляют индуцированные преждевременные роды в связи с угрозой здоровью матери и/или плода [1, 2].
В современном научном мире отсутствует единое понимание патогенеза и предрасполагающих факторов риска развития преждевременных родов [3–7]. Исторически сложилось мнение, что при угрожающих преждевременных родах проводится терапия, направленная на пролонгирование беременности (гестагены, серкляж, токолиз, антибактериальные препараты, антикоагулянты, глюкокортикоиды и др.) [8]. Тем не менее упомянутая выше терапия не позволяет добиться значимого снижения частоты преждевременных родов, так как в большинстве случаев их генез остается невыясненным. Около 15 млн детей рождаются преждевременно каждый год по всему миру, и данный факт является наиболее распространенной причиной младенческой заболеваемости и смертности [9]. Дети, рожденные преждевременно, имеют тяжелые последствия для здоровья в виде долговременной неврологической симптоматики, метаболических и когнитивных расстройств, приводящих к инвалидизации, что, несомненно, определяет значимость и необходимость поиска причин, а также методов профилактики данного осложнения беременности [10].
Известно, что в III триместре гестации плод проходит ключевые этапы развития и роста, необходимые для формирования систем определенных органов. Такие органы, как головной мозг, легкие и печень, проходят свой основной антенатальный этап развития в последние недели гестации [11].
В связи с вышеизложенным прогнозирование, предотвращение и снижение частоты преждевременных родов являются комплексной проблемой, как медицинской, так и социально‑экономической, связанной с решением задач по улучшению качества последующей жизни детей, родившихся недоношенными, и сопряженной с материально‑экономическими затратами.
В последние годы особое внимание ученых направлено на изучение нарушения функции митохондрий как пускового механизма в патогенезе преждевременных родов [12]. Многие генетически модифицированные клеточные линии и организмы, которые были созданы для изучения физиологических и патологических механизмов, часто демонстрируют особенности, которые предполагают нарушение энергетического метаболизма или митохондриальную дисфункцию. Это подтверждается множеством недавних работ, связывающих данную патологию с определенными заболеваниями [13–25].
Определения «митохондриальная функция» и «дисфункция» используются в биоэнергетике и клеточной биологии, но единое понимание затруднено, так как в разных исследованиях, посвященных изучению этой проблемы, имеются разные цели [26].
Основной функцией митохондрий является генерация аденозинтрифосфата (АТФ) путем окислительного фосфорилирования; при этом дополнительными функциями являются генерация и детоксикация активных форм кислорода (АФК), участие в апоптозе, регуляция цитоплазматического и митохондриального матричного кальция, синтез и катаболизм метаболитов и транспорт самих органелл внутри клетки. Отклонение во всех этих процессах можно назвать митохондриальной дисфункцией [27].
Митохондрии являются важными органеллами и отвечают за выработку энергии для выживания клеток, следовательно, «дисфункциональные» или поврежденные митохондрии связаны с широким спектром патологий, особенно в тканях с высокими энергетическими потребностями [13]. Поскольку митохондрии имеют решающее значение для поддержания энергетического уровня и выживания клеток, митохондриальный гомеостаз строго регулируется митохондриальным биогенезом и митофагией [14–16]. Митохондриальный биогенез является динамическим процессом и обладает характеристиками, которые необходимы как для поддержания здоровья митохондриальной сети, так и для клеточных потребностей.
Некоторыми исследователями было показано, что накопление поврежденных митохондрий связано с широким спектром патологий, от неврологических до нарушений опорно‑двигательного аппарата. Известно, что ряд хронических и метаболических заболеваний обусловлен нарушением функции митохондрий [28].
Исследования показали, что митохондриальная дисфункция и накопление АФК могут являться пусковым механизмом в развитии преждевременных родов, однако исследований в этой области очень мало и результаты их противоречивы [29]. Дефект в механизме контроля качества митохондрий может быть ответственным за патофизиологию преждевременных родов. Следовательно, пути, связанные с дисфункцией митохондрий, и, как следствие, развитие преждевременных родов все еще нуждаются в более глубоком изучении. Исследование функции митохондрий поможет выявить патофизиологию преждевременных родов и связанных с ними перинатальных осложнений.
Существует два основных пути, которые позволяют сохранить содержание и качество митохондрий в клетках. К ним относятся: митохондриальный биогенез – процесс, посредством которого клетки увеличивают количество митохондрий, и митофа‑́ гия – селективное разрушение митохондрий путем аутофагии. Регуляция этих противоположных путей позволяет клеткам адаптироваться к потребности в энергии и реагировать как на внутриклеточный, так и на внеклеточный стресс [24]. Митохондрии имеют собственный кольцевой геном, который кодирует 13 основных белков дыхательных комплексов. Однако большинство митохондриальных белков кодируются ядерной ДНК, синтезируемой в цитозоле (внутриклеточной жидкости) и импортируемой в митохондрии. Несколько факторов транскрипции активируются для контроля биогенеза митохондрий в ответ на различные стимулы, включая доступность питания, гормоны, факторы роста и изменения температуры. Ядерные респираторные факторы (NRF1 и NRF2), связанные с эстрогеном рецепторы (ERR‑α и ERR‑β) и γ‑коактиватор рецептора, активируемого пролифератором пероксисом 1‑α (PGC‑1), являются одними из ключевых регуляторов митохондриального биогенеза. NRF1 и NRF2 управляют экспрессией необходимых ядерных генов, кодирующих белки, связанные с функционированием митохондрий. Кроме того, белки фактора транскрипции A и фактора транскрипции B являются важными регуляторами транскрипции и репликации митохондриальной ДНК и регулируются как NRF1, так и NRF2 [15, 24, 25]. Другая группа ядерных гормональных рецепторов, включающая связанные с эстрогеном рецепторы ERR‑α, ‑β и ‑γ, может стимулировать биогенез митохондрий. В основном они регулируют транскрипцию генов, участвующих в цикле Кребса, окислении жирных кислот, слиянии и делении митохондрий. Кроме того, PGC‑10, член рецепторов, активируемых пролифератором пероксисом (PAR), служит коактиватором и регулирует активность широкого спектра транскрипционных факторов, связанных с митохондриальной пролиферацией [16, 24].
Поскольку поврежденные митохондрии могут нарушать клеточный гомеостаз, для обеспечения нормального функционирования клеток развились несколько механизмов контроля качества, включая выработку АТФ [30].
Слияние митохондрий представляет собой соединение двух митохондрий через интерфейсы их внешней и внутренней мембран. Этот механизм позволяет дисфункциональным митохондриям обмениваться метаболитами и белками, чтобы справляться с окислительным стрессом и улучшать их общую дыхательную функцию [31]. Однако слияние митохондрий является защитным механизмом и является селективным для поляризованных и активных митохондрий. Если митохондрии сильно повреждены или деполяризованы, они становятся мишенью аутофагии для переваривания и элиминации [32].
Аутофагия представляет собой эволюционно законсервированный механизм контроля качества, с помощью которого секвестрированные цитоплазматические компоненты и органеллы упаковываются в двухмембранные везикулы для транспортировки в лизосомы для деградации. Этот путь позволяет клеткам устранять нежелательные, опасные и поврежденные компоненты, включая дисфункциональные митохондрии. В зависимости от компонента, подлежащего деградации, аутофагия может быть селективной или неселективной. При неселективной аутофагии фагофор изолирует большие участки цитоплазмы для деградации. Этот вид аутофагии обычно возникает во время голодания при низком уровне питания. Однако избирательная аутофагия является результатом эволюционной адаптации аутофагосом к количеству и целостности клеточных органелл, таких как ER, рибосомы, пероксисомы и митохондрии. Рецепторы селективной аутофагии (SAR) необходимы для идентификации груза и прикрепления груза к фагофору. Белковые изменения, в первую очередь фосфорилирование, убиквитинирование, ацетилирование и олигомеризация, контролируют активность SAR [33–35].
Митофагией называют избирательное разрушение поврежденных митохондрий, во время которого часть митохондриальной сети постепенно поглощается двухмембранной аутофагосомой, называемой митофагосомой. Это процесс, который включает множество молекулярных путей и строго регулируется. Чтобы облегчить митофагию, должны быть соблюдены определенные предпосылки после повреждения митохондрий, такие как деление митохондриальной сети, подготовка митохондрии к распознаванию и поглощение митохондрии посредством образования аутофагосомы [17]. Affourtit C. et al. [36] лучшим показателем функции митохондрий в изолированных митохондриях считают «митохондриальный респираторный контроль».
Патофизиология преждевременных родов остается недостаточно изученной и как один из механизмов может развиваться в результате дисбаланса между повышенным окислительным стрессом и нарушением антиоксидантной защиты. Прооксиданты и АФК вырабатываются в более высоких количествах на более поздних стадиях здоровой неосложненной беременности, они эффективно контролируются накоплением антиоксидантов, таких как супероксиддисмутаза, глутатион, токоферолы, каротиноиды и аскорбиновая кислота [37]. Однако при преждевременных родах баланс между прои антиоксидантами нарушается [38, 39].
Так как в плаценте были идентифицированы множественные источники АФК, в нескольких исследованиях изучалась роль митохондриальной дисфункции и АФК при преждевременных родах [40, 41]. Митохондриальная дисфункция снижает потребление кислорода и увеличивает выработку супероксида. Плацента играет решающую роль в исходах беременности для матери и плода, в дополнение к ее эндокринной функции, способствующей пролонгированию беременности и благополучным исходам для матери и плода. Благодаря широкому спектру функций плацента является высокоактивным органом, который зависит от функционирующих митохондрий для получения энергии [42]. Как уже указывалось, митохондрии представляют собой динамичные органеллы с собственным метаболизмом, постоянно подвергающиеся слиянию и делению в соответствии с клеточными потребностями и изменениями. Митохондрии также представляют собой основной источник энергии, обеспечивающий имплантацию и развитие плаценты.
Погорелова Т.Н. и соавт. [43] при исследовании образцов плацент при преждевременных родах установили избыточный уровень продукции АФК, а также нарушение антиоксидантной защиты и снижение уровней экспрессии различных антиоксидантных ферментов. Согласно исследованиям, проведенным Yildirim R.M. et al. [44] и Lu M. и Sferruzzi‑Perri A.N. [45], изучающим влияние митохондриальной дисфункции на развитие преждевременных родов, было показано, что слияние митохондрий позволяет дисфункциональным митохондриям пополнять свое клеточное содержимое путем замены более здоровых митохондрий, тогда как деление происходит, когда митохондрии повреждены или подвержены высокому уровню стресса.
При анализе уровней экспрессии ответственных за слияние белков митофузина‑1 (MFN1), митофузина‑2 (MFN2) было показано значительное снижение уровня белков, связанных со слиянием в плацентах при преждевременных родах, по сравнению с плацентами при своевременных родах, тогда как статистических различий в уровнях белков, связанных с делением, DRP1 и Fis1 при преждевременных родах не наблюдалось [46].
В исследовании Grawford N. et al. [47], посвященном изучению связи между экспрессией MFN2 и преждевременными родами, были измерены уровни АТФ, чтобы доказать дисфункцию митохондрий. Результаты показали, что уровни экспрессии как АТФ, так и MFN2 были снижены по сравнению с контролем.
В отличие от этих выводов, Курносенко И.В. и соавт. [48] при исследовании плацент при преждевременных родах обнаружили значительно более высокие уровни DRP1. Авторами также было выявлено, что деление митохондрий сопровождалось увеличением количества церамидов в плацентах при преждевременных по сравнению со своевременными родами.
Ремнева О.В. и соавт. [49] проанализировали изображения плаценты после преждевременных родов с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Результаты показали значительно повышенное деление митохондрий в тесной связи с эндоплазматическим ретикулумом, что также подтверждается повышением уровня MFN2 в образцах, собранных из плаценты, по сравнению с контролем [50].
Приведенные исследования показывают, что данные, полученные в отношении уровней экспрессии генов, ответственных за слияние, деление и биогенез митохондрий, противоречивы; поэтому необходимы дальнейшие исследования в этой области.
К изменению и нарушению функции митохондрий приводят: снижение переноса основных метаболитов в митохондрии; изменения в процессе поддержания электрон‑транспортной цепи или потеря поддержания электрического и химического трансмембранного потенциала внутренней митохондриальной мембраны. В результате этих модификаций окислительное фосфорилирование становится менее эффективным, что приводит к снижению выработки АТФ. Деление, удаление и полная деградация дисфункциональных митохондрий (митофагия), слияние частично дисфункциональных митохондрий – динамичный процесс, приводящий к различным изменениям [32]. На протяжении всей беременности митохондрии, которые играют ключевую роль в клетках, управляют физиологией плаценты, включая ее развитие, обмен питательными веществами и выделение гормонов. Модификации митохондриальной функции могут опосредовать или уменьшать влияние неблагоприятных условий гестации на плацентарную физиологию и, следовательно, риск возникновения проблем с беременностью. В процессе развития плацентарные митохондрии адаптируются к возрастающим потребностям плода. Также плацентарные митохондрии человека адаптируются в процессе развития в ответ на гипоксию для поддержки роста плода [51].
Остается много неизвестного в отношении гестационных изменений при плацентарном окислительном стрессе и экспрессии митохондриальных белков, хотя нарушение слияния митохондрий, наряду с аутофагией и дефицитом метаболизма липидов, было показано в исследованиях человека [46].
Связь между вероятными причинами или дефектной элиминацией нефункциональных митохондрий и преждевременными родами еще предстоит выяснить. Ассоциация митохондрий и механизма производства энергии изучалась многими исследователями, но, тем не менее, связь между митофагией и преждевременными родами требует дальнейшего изучения [52].
Заключение
Таким образом, вышеизложенные данные свидетельствуют о том, что необходимы дальнейшие исследования для выявления механизма митофагии и ее связи с перинатальной патологией. Выявление молекулярных путей, ответственных за элиминацию дисфункциональных митохондрий, может играть ключевую роль в патогенезе преждевременных родов.
