Задержка роста плода (ЗРП) характеризуется патологическим ограничением генетически запрограммированного роста плода, которое свидетельствует о его страдании [1]. Согласно концепции внутриутробного программирования, недостаточное поступление питательных веществ, дефицит энергии и изменение эпигенетических механизмов регуляции влияют на метаболизм плода и осложняют не только перинатальный период, но и имеют отдаленные последствия [2–4]. ЗРП имеет мультифакториальную этиологию [5]. На протяжении всего процесса гестации у каждой беременной может возникнуть индивидуальное сочетание различных патогенетических механизмов, в исходе которых возможно формирование ЗРП. Стоит отметить, что в связи с отсутствием эффективных методов лечения крайне важным является поиск не только лечебных, но и профилактических мероприятий. В настоящий момент изучение молекулярных механизмов, лежащих в основе данного осложнения беременности, представляет большой интерес среди исследователей медико-биологических специальностей. В будущем, благодаря разработке методов, направленных на модификацию этих механизмов, возможно внедрение новых терапевтических инструментов с целью коррекции данного осложнения беременности.
Роль взаимодействующих с рецептором протеинкиназ 1 и 3 и сиртуина 2 в регуляции процессов некроптоза в плаценте
Несмотря на то что плацентарная недостаточность ассоциирована с высоким риском акушерских и перинатальных осложнений [6], понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе развития данной патологии, остается ограниченным. При нормально протекающей беременности формирование плаценты происходит благодаря строго контролируемым процессам инвазии вневорсинчатого цитотрофобласта в спиральные артерии с последующим их преобразованием. Для обеспечения этих процессов необходим строгий баланс между пролиферацией клеток трофобласта и их апоптозом. В последние годы стало ясно, что апоптоз является нормальным компонентом формирования плаценты, и попадание апоптотического материала в материнский кровоток не приводит к развитию системной воспалительной реакции [7]. Такие плацента-ассоциированные осложнения беременности, как преэклампсия и ЗРП, характеризуются дисбалансом между этими процессами [8]. Одним из объяснений данных изменений является возникновение небольших зон некроза в синцитиотрофобласте, которые приводят к высвобождению в материнский кровоток, наряду с апоптотическим материалом, продуктов некроза. Неконтролируемая клеточная гибель может способствовать развитию системной воспалительной реакции. Однако совсем недавно был выявлен программируемый тип некротической гибели клеток – некроптоз [9]. Ключевыми участниками сигнального пути некроптоза являются взаимодействующие с рецептором протеинкиназы 1 и 3 (RIPK 1 и 3), никотинамидадениндинуклеотид-зависимая деацетилаза сиртуин 2 (SIRT 2) и псевдокиназа смешанного происхождения (MLKL) [10–12]. Запуск некроптоза возможен внеклеточными цитокинами и другими белками, которые обладают способностью активации RIPK1 и -3. При некроптозе происходит строго регулируемое образование внутриклеточного комплекса, который активирует SIRT2, что приводит к деацетилированию RIPK1 [10]. Данный процесс позволяет активировать псевдокиназу MLKL путем ее фосфорилирования RIPK3. MLKL, связываясь с фосфатидилинозитолфосфатами на клеточной мембране, модифицирует приток калия и натрия по ионным каналам и увеличивает осмотическое давление, что, в конечном счете, приводит к разрыву плазматической мембраны [12, 13]. N.J. Hannan и соавт. было проведено исследование плацент при плацентарной недостаточности и при физиологической беременности. Согласно полученным данным, SIRT2 и RIPK1 были обнаружены в цитоплазме цитотрофобласта, синцитиотрофобласта и в сосудистых стенках во всех плацентах из группы патологии. Таким образом, авторы, путем обнаружения ключевых участников сигнального пути некроптоза, подтвердили его наличие при плацентарной недостаточности [14].
Роль белков теплового шока в патогенезе задержки роста плода
В продолжение обсуждения механизмов, лежащих в основе плацентарной недостаточности, нельзя не упомянуть о белках теплового шока (HSP) – классе функционально сходных белков, действующих как внутриклеточные шапероны в отношении других белков. Согласно последним данным, в патогенезе ЗРП особый интерес представляют HSP27, HSP70. При нормально протекающей беременности в плаценте отмечается повышенная экспрессия HSP27,
которая приводит к ингибированию апоптоза путем дезактивации фермента каспазы-3. При ЗРП наблюдается противоположная картина – снижение экспрессии HSP27 приводит к активации каспазы-3 и усилению апоптоза в плаценте [15]. HSP70 – белок, стимулирующий синтез таких провоспалительных цитокинов, как фактор некроза опухоли альфа (TNF-α) и интерлейкин-6 [16, 17]. Существуют данные о том, что повышенная экспрессия данного белка приводит к ингибированию клеточной пролиферации и TNF-опосредованному апоптозу, что было подтверждено в экспериментальных исследованиях [18, 19].
Роль лептина в патогенезе задержки роста плода
Необходимо отметить, что любые изменения со стороны матери, плаценты или плода могут потенциально влиять на биологическую активность плода и приводить к нарушению роста. ЗРП ассоциирована не только с перинатальными осложнениями, но и с развитием во взрослом периоде таких метаболических нарушений, как ожирение, сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия [20]. Таким образом, изучение механизмов, лежащих в основе данных процессов, может помочь в разработке в будущем новых терапевтических подходов.
Сигнальный путь янус-киназа – сигнальный преобразователь и активатор транскрипции (JAK-STAT), играя важную роль в различных процессах онтогенеза, является одним из консервативных путей регуляции у высших эукариот. Рецепторы лептина принадлежат к семейству цитокинов класса 1 с шестью сплайсированными изоформами, но только полная изоформа OB-R имеет важное значение для сигнального пути JAK-STAT [21]. ЗРП связана с более высокой экспрессией белка лептина и повышением связывающих способностей к нему у новорожденных. В условиях гипоксии наблюдается повышенная экспрессия гена лептина, что вызывает увеличение синтеза белка лептина в клетках трофобласта. Повышение концентрации белка приводит к увеличению концентрации рецепторов, связывающих лептин, в пуповинной крови. Лептин, связываясь со специфическими рецепторами в гипоталамусе, изменяет экспрессию ряда нейропептидов, участвующих в нейроэндокринной регуляции [22]. Таким образом, у новорожденных с малыми размерами к сроку гестации в связи с повышенной экспрессией рецепторов к лептину наблюдается снижение его уровня, что в будущем может приводить к развитию различных метаболических нарушений.
Лептин индуцирует синтез трансформирующего фактора роста бета (TGF-β) посредством активации JAK-STAT-пути [23]. TGF-β представляет собой многофункциональный цитокин с множеством биологических эффектов, участвующий в регуляции пролиферации и дифференцировки клеток трофобласта [24]. В патогенезе ЗРП представляет интерес регуляция TGF-β активности ферментов ацил-сфингозин-аминогидролазы-1 (ASAH1) и сфингозин-киназы-1, -2 (SPHK1/2). Нарушение регуляции данных ферментов приводит к накоплению сфингозина, что вызывает неадекватный ангиогенез и некроз клеток трофобласта [25].
Существует ряд работ, сообщающих о влиянии TGF-β на развитие легких у плода. Атипичная экспрессия и активация TGF-β увеличивают экспрессию таких транскрипционных факторов, как GATA-6 и тиреоидный фактор транскрипции-1 (TTF-1) в легочном эпителии, что приводит к развитию бронхолегочной дисплазии у новорожденных [26]. Предполагается, что сигнальный путь TGF-β – костный морфогенетический белок (BMP) путем повышения резистентности дыхательных путей может способствовать развитию бронхиальной астмы [27].
Роль инсулиноподобных факторов роста в патогенезе задержки роста плода
В последнее время внимание ученых сосредоточено на изучении оси «соматотропный гормон (Growth Hormone, GH) – инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1)» и ее эпигенетической регуляции. IGF-1 и IGF-2 представляют собой регуляторные пептиды, структурно схожие с инсулином. С ранних сроков гестации данные белки, взаимодействуя с рецепторами IGF-1, -2 и инсулина (IGF-1R, IGF-2R и InsR), регулируют процессы формирования плаценты и роста плода. На этапе внутриутробного развития преобладает IGF-2, однако было отмечено, что делеция любого гена IGF приводит к ограничению роста плода [28]. Несмотря на разные функции, IGF-1 и IGF-2 находятся в тесной взаимосвязи друг с другом. IGF-1 влияет на рост плода, участвуя в процессах транспорта питательных веществ к нему, в то время как IGF-2 регулирует процессы пролиферации и дифференцировки в плаценте [29]. IGF-1 и IGF-2 усиливают усвояемость глюкозы и аминокислот в клетках трофобласта [30].
В регуляции оси «GH–IGF-1» важную роль играют эпигенетические механизмы – квазистабильные, обратимые и наследуемые модификации изменений структуры хроматина или ДНК с их последующей фенотипической экспрессией. Эпигенетическая регуляция приводит к изменению активности гена без изменений его кодирующей последовательности.
Благодаря совершенствованию молекулярно-генетических методов исследования, стала возможной оценка эпигенетической регуляции. Тем не менее многие вопросы работы данной системы остаются невыясненными. В настоящее время наиболее изучены следующие эпигенетические механизмы: метилирование цитозиновых оснований ДНК [31, 32], модификация гистонов [33], ремоделирование хроматина [34] и регуляция экспрессии генов малыми некодирующими РНК (miRNA) [35]. Уровень сывороточного IGF-1 в значительной степени зависит от его продукции в печени и регулируется эпигенетическими механизмами, которые реализуются через элементы отклика GH (Growth Hormone response elements – GHRE) [36]. Элементы отклика – короткие последовательности ДНК в пределах промоторной области гена, регулирующие генную экспрессию путем связывания с факторами транскрипции. Среди последних исследований наиболее интересной представляется последовательность интрона-2 в элементах отклика GH (IN2GHRE), которая усиливает транскрипцию гена IGF-1.
В свою очередь, сигнальный преобразователь и активатор транскрипции (STAT) 5 – другой элемент отклика GH – активирует IN2GHRE [37–39]. Анализ триметилирования гистона Н3 по лизину 4 (Н3К4me3) и диметилирования гистона Н3 по лизину 36 (H3K36me3), осуществляющих эпигенетическую регуляцию оси GH–IGF-1 путем модификации гистонов, имеет большое значение для понимания механизмов развития не только во внутриутробном, но и в постнатальном периоде [40, 41]. Q. Fu и соавт. предполагают, что при ЗРП наблюдается нарушение IN2GHRE путем триметилирования Н3К4me3 и диметилирования H3K36me3, а также метилирования CpG – островков ДНК данного локуса [42]. Таким образом, при ЗРП наблюдается изменение IGF-1 гена по всей его длине. Эти паттерны имеют большое значение для поддержания оптимальной работы оси GH–IGF-1. Важно, что многие из эпигенетических изменений не только играют роль в пренатальном, но и сохраняются в постнатальном периоде. Наблюдающиеся при ЗРП изменения нормальных эпигенетических меток, а следовательно, и экспрессии генов, содержащих GHRE, приводят к нарушению различных функций и развитию патологических состояний [43]. Более углубленное изучение позволит в будущем ввести полученные знания об эпигенетических механизмах регуляции данной системы в разработку терапии различных нарушений роста плода.
Заключение
ЗРП остается одной из самых актуальных проблем акушерства, занимая важное место в структуре перинатальной заболеваемости и смертности. Несмотря на это, многие вопросы патогенеза данного осложнения беременности остаются невыясненными. Накопление и совершенствование медицинских знаний относительно молекулярных механизмов развития ЗРП могут определить новые цели в разработке не только эффективных методов профилактики и лечения данного осложнения беременности, но и методов диагностики. Отсутствие эффективных методов лечения и профилактики ЗРП может быть обусловлено эпигенетическими механизмами, лежащими в основе данного осложнения беременности. Обратимый и неспецифичный характер эпигенетических факторов и их роль в качестве посредников между геномом и окружающей средой делают их одними из самых перспективных терапевтических мишеней.
