Одной из наиболее распространенных причин нарушений репродуктивного здоровья и эндокринопатий в подростковом возрасте является синдром поликистозных яичников (СПКЯ) [1, 2]. Клинические проявления СПКЯ не ограничиваются гинекологической сферой. Пациентки с СПКЯ имеют множественные метаболические нарушения, интенсивность которых увеличивается с возрастом от инсулинорезистентности (ИР) у подростков до дислипидемии, ожирения, в особенности висцерального, артериальной гипертензии, жирового гепатоза, сахарного диабета 2-го типа в зрелом периоде жизни [3, 4]. Частота встречаемости метаболических нарушений у подростков с СПКЯ в 3–5 раз превышает таковую в группе здоровых девушек, сопоставимой по возрасту и индексу массы тела (ИМТ), достигая 33% [5]. Состояние ИР характерно для 35–90% взрослых пациенток с СПКЯ, что в 2–3 раза превосходит распространенность ИР среди здоровых женщин аналогичного возраста и ИМТ [6–9]. У женщин с СПКЯ с нормальной и сниженной массой тела ИР регистрируется с частотой 50–65%, гиперинсулинемия (ГИ) – 85% [2, 3]. Притом ГИ выявляется у 95% пациенток с СПКЯ на фоне избыточной массы тела [2, 3].
Несмотря на частую ассоциацию ожирения с ИР, при СПКЯ они могут присутствовать независимо друг от друга, являясь самостоятельными факторами патогенеза заболевания [2, 3, 8]. С одной стороны, девушки с избыточной массой тела находятся в группе повышенного риска по развитию ИР, ГИ и СПКЯ в дальнейшем [8]. С другой стороны, пациентки с СПКЯ находятся в группе риска по развитию ожирения. Избыточный вес регистрируется у 38–88% пациенток с СПКЯ [7, 10].
Вместе с тем, при обсуждении генеза СПКЯ растет число доказательств значения хронического системного воспаления и оксидативного стресса, не связанных ожирением [3, 11, 12]. Имеются работы, свидетельствующие о том, что у пациенток с СПКЯ по сравнению со здоровыми женщинами повышено содержание в крови С-реактивного белка, провоспалительных цитокинов – фактора некроза опухоли-α (ФНО), интерлейкина-6 (ИЛ-6) и интерлейкина-18 (ИЛ-18), маркеров перекисного окисления липидов, продуктов карбонилирования белков на фоне повышения концентрации лимфоцитов и моноцитов [13, 14]. Более того, обнаружена инфильтрация поликистозных яичников мононуклеарными фагоцитами, что служит дополнительным признаком активации воспалительного процесса [15]. Предполагается, что повышение уровня провоспалительных цитокинов обусловлено активацией увеличивающихся в объеме адипоцитов. Эта же реакция наблюдается и у молодых пациенток с СПКЯ и нормальным весом, возможно, за счет активации висцеральных жировых клеток [16, 17].
Маркеры воспаления при СПКЯ тесно коррелируют с уровнем циркулирующих андрогенов. В работах последних лет выявлено увеличение содержания в сыворотке крови ИЛ-18 и ФНО-α у пациенток СПКЯ как с нормальным, так и избыточным весом в сравнении с группой контроля, найдена положительная корреляция данных провоспалительных цитокинов и андрогенов [18, 19]. В эксперименте in vitro показана способность провоспалительных факторов стимулировать клетки теки яичников к продукции андрогенов. Так, ФНО-α стимулирует пролиферацию клеток теки, продуцирующих андрогены, а также потенциирует атрезию фолликулов [15]. В мета-анализе 2010 г. показано, что повышенный уровень С-реактивного белка при СПКЯ не обусловлен фактом ожирения у взрослых пациенток [20, 21]. Приведенные данные свидетельствуют в пользу значимости воспаления в патогенезе СПКЯ опосредованного прямой стимуляцией продукции андрогенов яичниками.
Склонность девочек-подростков с СПКЯ к неспецифическим инфекционным и соматическим заболеваниям показана в работе отечественных авторов [22]. Зарубежные исследования последних лет с участием девочек-подростков с СПКЯ с одной стороны показали достоверное снижение уровня адипонектина, обладающего противовоспалительными свойствами, а с другой стороны – указывают на достоверное повышение уровня провоспалительного ИЛ-6 в сыворотке крови при сочетании СПКЯ с ИР, а также на активацию продукции провоспалительных цитокинов моноцитами в ответ на экспозицию к липосахаридам [16, 23]. Показана повышенная продукция провоспалительных цитокинов и активных форм кислорода (АФК) мононуклеарными клетками как в ответ на гипергликемию, так и в отсутствии внешней стимуляции у взрослых пациенток с СПКЯ вне зависимости от ИМТ [17, 24]. Хорошо известно, что повышенный уровень ИЛ-6 наблюдается при риске кардиоваскулярных заболеваний, атеросклерозе, дислипидемии и гипертензии [15, 20]. Полагают, что изменение характера иммунного ответа на провоспалительные стимулы вносит значительный вклад в развитие хронического системного воспалительного ответа при СПКЯ [16]. Возможно, именно вследствие неблагоприятного воздействия инфекционно-токсических и аутоаллергических повреждающих факторов в детстве и в подростковом возрасте потенцируется хронический воспалительный ответ. В свою очередь, хроническое системное воспаление и оксидативный стресс на фоне ГИ, ИР и гиперандрогении (ГА), носящих физиологический характер при начале полового созревания, могут стать причиной дисрегуляции клеточных взаимодействий в теке яичников, потенциирующей ГА, ановуляцию, метаболические и сердечно-сосудистые осложнения СПКЯ в дальнейшем [25].
Одним из возможных механизмов развития хронического системного воспаления является недавно обнаруженное повышение концентрации свободных жирных кислот (сЖК) в крови у женщин при СПКЯ как на фоне избыточного, так и нормального веса [26]. Выявлено, что сЖК способны активировать фермент никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН)-оксидазу посредством протеинкиназы С и индуцировать продукцию клетками АФК [27]. Данный механизм был подтвержден в экспериментах in vitro на культуре клеток адипоцитов и in vivo – при анализе мононуклеарных клеток периферической крови (МНК) у пациенток с СПКЯ. Было показано, что АФК индуцируют продукцию провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО-α) МНК и клетками белой жировой ткани, в том числе у пациенток с нормальным весом и без ИР [27, 28]. Наконец, показано, что сЖК способны активировать сигнальный путь, опосредованный классическим провоспалительным фактором NF-κB (nuclear factor κB) [28].
Одним из проявлений нарушений метаболизма при СПКЯ, ассоциированным с индукцией системного воспалительного ответа, является гипергликемия. Показано, что у пациенток с СПКЯ как с избыточным, так и с нормальным весом даже на фоне нормогликемии и нормоинсулинемии, нарушен транспорт глюкозы в клетки посредством транспортера GLUT4 и утилизация глюкозы, что приводит к возникновению постпрандиальной гипергликемии [7]. Циркулирующие МНК используют глюкозу в качестве основного субстрата для синтеза восстановленного НАДФН в пентозофосфатном пути. При этом, окисление глюкозы МНК сопровождается активацией сигнального пути NF-κB, что при гипергликемии на фоне СПКЯ опять же приводит к повышению уровня провоспалительных цитокинов ИЛ-6 и ФНО-α и АФК [3].
Дополнительный вклад в модулирование активности иммунной системы вносит гиперлептинемия, наблюдаемая при СПКЯ [29]. Лептин является одним из адипокинов, секретируемых преимущественно подкожной жировой тканью. Обладая множеством функций, лептин увеличивает продукцию провоспалительных цитокинов (ФНО-α, ИЛ-6, ИЛ-12) как на фоне ожирения, так и при нормальном весе, стимулируя тем самым созревание и дифференцировку провоспалительных Тh-1 клеток, хемотаксис полиморфноядерных клеток, ингибирует апоптоз лимфоцитов, активируя системный воспалительный ответ у пациенток с СПКЯ [30].
Повышение калорийности питания и способность накапливать конечные продукты гликирования (КПГ) белков наряду со снижением уровня их утилизации имеет большое значение в активации системного воспаления и оксидативного стресса при СПКЯ [9, 25, 31]. В результате химических реакций между карбонильными группами углеводов и аминогруппами в составе белков или липидов происходит кумуляция КПГ белков, в том числе и в овариальной ткани, индуцируя структурные модификации белков [31, 32]. «Долгоживущие» структурные белки, такие как коллаген и эластин, особенно уязвимы к КПГ сшивкам, что повышает их устойчивость к протеолизу, следствием чего является их накопление и избыточная жесткость экстраклеточного матрикса (ЭКМ) [33]. Известно, что структура, жесткость и процессы ремоделирования ЭКМ играют важную роль в регуляции фолликулогенеза [34]. На тканевых культурах, полученных от пациенток с СПКЯ было продемонстрировано, что повышение уровня КПГ в строме яичников приводит к стимуляции синтеза коллагена IV типа клетками теки и фермента лизилоксидазы клетками фолликулов, теки и гранулезы яичников, что способствует накоплению модифицированного ЭКМ. Нарушение ремоделирования ЭКМ тканей яичника снижает функциональную активность клеток теки и гранулезы, а также тормозит развитие и рост фолликулов при СПКЯ [9, 33]. Кроме того, накопление КПГ в клетках теки и гранулезы яичников и гиперэкспрессия рецепторов КПГ (RAGE – advanced glycation end products receptor) ведет к активации НАДФН-оксидазы и сигнального пути фактора NF-kB, запуску продукции АФК и повышению экспрессии эндотелина-1, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α, пролонгированию воспалительного и оксидативного стресса, вазоконстрикции и развитию эндотелиальной дисфункции [25, 31, 33]. У пациенток с СПКЯ показана положительная корреляция уровня КПГ с концентрацией антимюллерового гормона, наличием поликистозных яичников и ановуляции [9, 17]. Интересно, что повышенный уровень гликотоксинов при СПКЯ положительно коррелирует с индексами ИР и показателями ГА, в том числе у пациенток с нормальным весом на фоне нормогликемии [8, 25, 31].
Таким образом, существует множество механизмов, предрасполагающих к развитию системного воспалительного ответа при СПКЯ, часть из которых активно исследуется на сегодняшний день, но остается еще немало тех, которые предстоит изучить. Накапливаются доказательства наличия положительной обратной связи процессов системного воспаления, приводящего к продукции АФК, и митохондриальной дисфункции, потенциирующей оксидативный стресс и воспалительный ответ в генезе СПКЯ, замыкающих петлю порочного круга.
Центральную роль в метаболической активности клеток и обеспечении их энергией играют митохондрии. В митохондриях происходит универсальные процессы катаболизма углеводов и жиров и окислительного фосфорилирования, в результате которых синтезируются высокоэнергетические молекулы аденозинтрифостафата (АТФ). При этом происходит не только активация работы дыхательной цепи митохондрий и образование АТФ, но и утечка электронов из дыхательных комплексов, приводящая к образованию АФК [6, 35]. При нарушениях любого из этих процессов и снижении потребления кислорода могут накапливаться АФК, что приводит к оксидативному стрессу, стимулируя воспалительные реакции и инициируя программируемую клеточную гибель. При этом в условиях оксидативного стресса генерация митохондриями АФК автокаталитически усиливается, что еще больше усугубляет степень оксидативного стресса и апоптоза [36–38].
Помимо ведущей роли в биоэнергетике клетки, митохондрии также участвуют в процессах детоксикации, поддержании клеточного гомеостаза, контроле высвобождения вторичных мессенджеров и клеточной сигнализации, синтезе стероидов и гема, клеточной пролиферации и дифференцировке, аутофагии и апоптозе [36, 39]. Данные органеллы участвуют в поддержании баланса между программируемой гибелью клетки и адаптационными процессами, проявляющимися в виде митогормезиса (выживания клеток в частности и организма в целом) [40]. Митохондриальная дисфункция, ассоциированная с оксидативным стрессом, наблюдается при множестве патологий и признается одним из механизмов патогенеза таких состояний как нейродегенеративные заболевания, кардиомиопатии, метаболический синдром, гипоксия, инсульт, ИР, сахарный диабет 2-го типа, неоплазии [37, 41].
Есть данные о нарушениях митохондриального функционирования, ассоциированных с повышенной продукцией АФК у взрослых пациенток с СПКЯ. Так изменение функциональной активности митохондрий у пациенток с СПКЯ на фоне ИР характеризуется снижением потребления кислорода и падением трансмембранного потенциала [23]. Для пациенток с СПКЯ было показано нарушение катаболизма промежуточных продуктов цикла Кребса в митохондриях, а также увеличение скорости гликолиза в мышечной ткани на фоне сниженного глюконеогенеза в печени [42].
К настоящему времени установлено, что оксидативный стресс на фоне митохондриальной дисфункции и снижение антиоксидантной защиты сопровождает развитие СПКЯ у пациенток репродуктивного периода вне зависимости от веса и возраста [12, 24]. Накоплены данные, в том числе на основании проведенных мета-анализов, что при СПКЯ повышается уровень перекисного окисления липидов, окислительное повреждение ДНК на фоне снижения репарации, а также наблюдается гипергомоцистеинемия, что в совокупности оказывает повреждающее действие на клетку, снижая ее адаптационный потенциал [12, 23, 24]. Одновременно с нарастанием оксидативного стресса, для утилизации избыточных АФК и защиты клетки от их повреждающего действия происходит компенсаторное повышение активности антиоксидантных ферментов, таких как тиоредоксин-, глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза и каталаза, и увеличивается расход антиоксидантов неферментативного звена, таких как восстановленный глутатион. У взрослых пациенток с СПКЯ в сравнении со здоровыми женщинами показаны более низкие концентрации восстановленного глутатиона и гаптоглобина в периферической крови, повышение активности глутатионпероксидазы, супероксиддисмутазы и каталазы [6, 11, 12].
Одним из триггеров митохондриальной дисфункции является гипергликемия и избыток жирных кислот при дислипидемии на фоне СПКЯ. При митохондриальной дисфункции в клетке снижается уровень β-окисления жирных кислот и падает продукция АТФ, происходит накопление сЖК, приводящее к разобщению митохондриального дыхания, а также к открытию неспецифической транзитной поры внутренней митохондриальной мембраны (PTP – pearmiability transition pore), выходу белков матрикса митохондрий в цитозоль и запуску апоптоза [41, 43]. Несмотря на то, что митохондрии являются одними из главных источников АФК в клетке, эти органеллы сами крайне подвержены их повреждающему действию. При этом окисление митохондриальных липидов, белков и митохондриальной ДНК при нарастании митохондриальной дисфункции также является сигналом запуска каскада клеточной гибели [43].
У пациенток без ИР и с нормальной массой тела на фоне СПКЯ реализуется еще один путь потенциирования оксидативного стресса и запуска воспалительного каскада при избыточном потреблении с пищей глюкозы и жиров. Достаточное количество поступающей глюкозы обуславливает возможность ее использования для превращения в пентозофосфатном пути и синтеза НАДФН. Избыточное количество глюкозы при сниженном β-окислении приводит к накоплению таких промежуточных продуктов как диацилглицерол. Последний активирует p47phox, цитозольный компонент НАДФН-оксидазы, после чего происходит транслокация p47phox к клеточной мембране, активация работы НАДФН-оксидазы и генерация АФК иммунными клетками и адипоцитами [27]. Окислительный стресс, индуцированный АФК, запускает NFkB-зависимую транскрипцию ФНО-α и ИЛ-6 аналогично тому, как это наблюдается при избытке жировой ткани на фоне СПКЯ, как описано выше [9, 27].
Еще одним из механизмов нарушения митохондриального функционирования при СПКЯ как на фоне инсулинорезистентности, так и без неё, может быть накопление повреждений и мутаций митохондриальной ДНК под действием окислительного стресса в связи с близким расположением митохондриальной ДНК к дыхательной цепи и недостаточной защитой гистонами и хроматином. Уменьшение числа копий митохондриальной ДНК у пациенток с СПКЯ приводит к нарушению синтеза белков дыхательной цепи, ее дисфункции и повышению продукции АФК [6, 44].
В связи с общностью происхождения митохондрий с бактериями, попадающие в циркуляцию поврежденные белки матрикса митохондрий, компоненты митохондриальных мембран, микроРНК и мРНК митохондрий, молекулы митохондриальной ДНК рассматриваются иммунными клетками как чужеродные агенты (Damage Associated Molecular Patterns, DAMP) [45]. В ответ на попадание в кровь митохондриальных DAMP происходит активация иммунного ответа, сопровождающегося продукцией провоспалительных цитокинов, аналогичная таковой при действии бактериальных агентов. Показано, что в генезе патологических состояний, характеризующихся нарушениями функционирования митохондрий и их повреждением, ключевую роль играет запуск воспалительных реакций, дальнейшее нарастание оксидативного стресса и повреждения эндотелия сосудов [46].
В патогенезе СПКЯ важное место занимает нарушение внутриклеточной регуляции, опосредованное сдвигом баланса АФК на фоне изменения уровня гликолиза [6, 47]. Показано, что АФК приводит к нарушению доставки глюкозы в клетки мышц и жировой ткани, снижению секрецию инсулина β-клетками поджелудочной железы, нарушению связывания инсулина с его рецепторами и изменению дальнейшего пути сигнализации, опосредованной инсулином [6, 41]. Выявлено, что митохондриальная дисфункция, ассоциированная с ИР, наблюдается не только в скелетной мускулатуре, но и в других тканях, включая печень, жировую ткань, сердце, сосуды, поджелудочную железу, и может иметь место при многих заболеваниях и связанных с ИР осложнениях [39, 41]. При этом применение антиоксидантов, улучшающих митохондриальное функционирование, таких как витамин Е, α-липоевая кислота, N-ацетилцистеин, оказалось эффективным для снижения ИР [12].
Представленные совокупные данные свидетельствуют в поддержку концепции порочного круга взаимосвязанных процессов в генезе сложного симптомокомплекса СПКЯ, когда инициирующая транзитная митохондриальная дисфункция посредством активации провоспалительного каскада приводит к дальнейшим глубоким нарушениям функционирования митохондриального аппарата, вызванным окислительными повреждениями при оксидативном стрессе, что в свою очередь, усугубляет тяжесть воспаления, переводя его в хроническую форму [6, 14, 19, 25].
Важную роль индукции циклических процессов патологического характера играет явление отклонение от гомеостаза, которое в подростковом возрасте является необходимым условием обеспечения роста и развития организма. Отклонение гомеостаза, в свою очередь, может потенциироваться под действием различных факторов (травмы, инфекции, избыточное питание и калорийность пищи и др.), приводящих к активации системного воспаления и оксидативному стрессу. Однако, по-видимому, емкость систем контроля гомеостаза в подростковом возрасте, характеризующемся повышенными требованиями в отношении доступности свободной энергии, недостаточна чтобы компенсировать нарастающую ГА, ГИ и ИР на фоне СПКЯ, в связи с чем происходит вторичная адаптация к измененным условиям внутренней среды. Результатом перенапряжения деятельности гомеостатических систем и срыва адаптации во взрослом возрасте являются хронический воспалительный статус и оксидативный стресс при СПКЯ. Стоит отметить, что для пациенток подросткового возраста, имеющих клинико-лабораторные критерии СПКЯ, подобные исследования практически отсутствуют. Состояние исследований по данной проблематике на сегодняшний день говорит о том, что именно на стыке клеточной, молекулярной и клинической медицины возможны перспективные открытия, которые качественным образом изменят представление о патогенезе заболевания, а также позволят разработать новые персонифицированные подходы к терапии.
