Эндометриоз представляет собой комплексный синдром, в основе патогенеза и клинических проявлений которого лежит эстрогензависимый хронический воспалительный процесс, который поражает преимущественно тазовые органы, в первую очередь – яичники. Эндометриоз является наиболее распространенной причиной хронической тазовой боли у женщин и одним из важнейших факторов бесплодия [1–3].
В процессе развития заболевания происходит разрастание внутри- и внематочной эндометриоидной ткани, обусловленное повышенной активностью эндометриальных мезенхимальных стволовых клеток, которые представляют собой мультипотентные негемопоэтические клетки-предшественники, способные как к дифференцировке в различные клеточные линии, так и к продукции важных цитокинов и ростовых факторов. В эндометриоидных стромальных клетках, формирующих основную часть эндометриоидных очагов, выявляются специфические эпигенетические аномалии, сопровождающиеся нарушениями экспрессии ключевых факторов транскрипции [3, 4].
К настоящему времени проведено большое количество исследований по изучению последовательности и взаимосвязей генетических нарушений при эндометриозе [4–9].
Результаты транскриптомного анализа эктопического эндометрия у женщин с эндометриозом позволили установить нарушения функциональной активности ряда генов, обеспечивающих процессы имплантации, прикрепления эмбриона, проявления эмбриотоксичности. Эти изменения сопровождаются развитием иммунной дисфункции и нарушениями процессов апоптоза [3]. Показано прямое участие в патогенезе эндометриоза генов, ответственных за активность ароматазы, простагландина Е2 (PGE2) и процессов ангиогенеза [5–9].
Установлено, что популяции эндометриоидных эпителиальных клеток несут множественные мутации, вызывающие онкотрансформацию, к которым относятся, например, мутация KRAS, обусловливающая развитие тазового эндометриоза и играющая важную роль в развитии рака яичника. Недавно три исследовательских группы независимо друг от друга описали мутации генов PIK3IKCA, KRAS, ARID1A, а также других генов-драйверов онкотрансформации в эпителиальных компонентах доброкачественной ткани яичника и ткани очагов тазового эндометриоза [8, 9].
Показано, что клетки, полученные из гистологически неизмененных участков образцов эндометрия, также содержат мутации; при этом частоты мутантных аллелей сходны с таковыми, наблюдаемыми в эндометриоидном эпителии, а также в некоторых видах опухолей [10, 11]. Однако до настоящего времени четко не установлена роль взаимодействий дефектных стромальных клеток с эпигенетическими нарушениями и мутантных генов в эпителиальных клетках в развитии заболевания.
Анализ данных об участии генетических механизмов в патогенезе эндометриоза предполагает рассмотрение таких аспектов, как:
- общие сведения о роли наследственности в развитии заболевания;
- информация о генах-кандидатах и сцепленных генах;
- результаты общегеномных исследований при эндометриозе;
- мутации в клетках эндометрия;
- эпигеномные нарушения, в том числе роль GATA-связывающих факторов 2 и 6 при эндометриозе.
Наследственность
К настоящему времени получены данные, свидетельствующие, что различные фенотипы эндометриоза, по-видимому, передаются в семьях полигенным образом. В одном из исследований для матерей и сестер женщин с тяжелым эндометриозом была характерна в 7 раз более высокая вероятность развития заболевания по сравнению с вероятностью развития заболевания у родственниц своих партнеров [12, 13].
Полагают, что для семейного эндометриоза характерны более ранние клинические проявления по сравнению со спорадическими случаями заболевания. На основании результатов обследования 3096 близнецов риск наследственной передачи эндометриоза (доля дисперсии показателя частоты развития заболевания, обусловленной генетическими факторами) был оценен на уровне примерно 52% [14]. Результаты этих исследований указывают на возможность генетической обусловленности риска развития эндометриоза.
Гены-кандидаты
С 1990-х гг. в ряде широкомасштабных международных исследований предпринимались попытки выявления генов, которые обусловливают фенотип эндометриоза. Был изучен ряд локусов таких генов, предприняты попытки изучения взаимосвязей их характеристик с вероятностью развития эндометриоза; однако однозначных данных о взаимосвязи заболевания с какими-либо генетическими нарушениями получено не было [14–16]. Исследования генетических ассоциаций по типу «случай-контроль», направленные на изучение ряда основных генетических полиморфизмов, также не смогли обнаружить какие-либо генетические нарушения при семейном эндометриозе [17].
Анализ сцепленных генов
Одной из международных исследовательских групп на основании результатов обследования 1176 пар сестер были получены доказательства статистически значимой связи развития эндометриоза с хромосомой 10q26 [18]. Последующий анализ ассоциаций путем картирования 15 вариантов хромосомы 10q26 позволил предположить возможную связь заболевания с геном CYP2C19; однако при этом не было продемонстрировано мутаций, на основании которых можно было бы объяснить сцепленность развития заболевания с определенными генами [19]. Известно, что данный ген кодирует фермент цитохром, играющий важнейшую роль в метаболизме биологически активных веществ и ряда лекарственных препаратов [20].
Впоследствии по результатам анализа, проведенного в семьях, где эндометриоз выявлялся у трех и более членов семьи, была установлена статистически значимая связь развития заболевания с вариантом 7-й хромосомы rs12700667, что позволило предположить связь развития заболевания с геном, однако при этом не было идентифицировано никаких мутаций [17].
Общегеномные исследования при эндометриозе
Исследования геномных ассоциаций (GWAS) обычно направлены на выявление ассоциаций между однонуклеотидными полиморфизмами (SNP) и проявлениями заболевания. В последнее десятилетие был опубликован ряд сообщений, посвященных результатам изучения GWAS при эндометриозе, которые охватывали тысячи случаев заболевания; при этом также были использованы данные этого анализа у здоровых лиц [19, 21]. Полученные результаты позволили охарактеризовать генетические локусы, отвечающие за развитие эндометриоза [22]; при этом были представлены доказательства ассоциации вероятности развития заболевания со следующими локусами: антисмысловой РНК ингибитора циклинзависимой киназы 2B (CDKN2B-AS1), межгенной области хромосомы p7p15.2, семейства сайтов интеграции типа MMTV-4 (WNT4), везатина (VEZT), межгенной области 2р14, ингибитора связывания ДНК-4 (ID4) [23].
Показано, что некоторые из этих локусов связаны с более выраженными проявлениями заболевания – стадиями III–IV по классификации Американского общества репродуктивной медицины, что позволяет предположить их вовлеченность в развитие эндометриоза от умеренной до тяжелой стадии. Результаты последующих работ как подтвердили, так и поставили под сомнение эти результаты, что свидетельствует о неоднородности генетических локусов, ассоциированных с развитием эндометриоза, у представителей различных этнических популяций [23].
Метаанализ результатов GWAS при эндометриозе также позволил идентифицировать локусы, включающие гены, участвующие в синтезе стероидных гормонов яичников, в частности, в регуляции опухолевого роста с помощью эстрогена при раке молочной железы-1 (GREB1), доменной спирали, рецептора эстрадиола ERɑ (ESR1), спектринсодержащей ядерной оболочки-1 (SYNE1) и β-субъединицы фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) [24]. Роль ФСГ и ERɑ в реализации функции яичников достаточно хорошо изучена [25]. Продукт гена рецептора эстрадиола ERɑ GREB увеличивает пролиферацию и образование внеклеточного матрикса клетками рака яичника [26]. GREB1 экспрессируется в 75–85% клеток карцином.
Результаты GWAS также продемонстрировали наличие критической SNP, расположенной на 19 кб ниже ESR1 в другом соседнем гене – SYNE1 [27]. SYNE1 участвует в организации ядра и структурной целостности клетки, функции аппарата Гольджи и цитокинеза [23]. Изоформа, кодируемая SYNE1, подавляется при раке яичника и других формах рака; этот однонуклеотидный полиморфизм был генотипирован у пациенток с серозным и слизистым раком яичников [27]. Показано, что некоторые из вышеперечисленных локусов более выражены при эндометриозе III–IV стадий [28].
Таким образом, результаты GWAS при эндометриозе позволили идентифицировать гены, связанные с развитием патологии эндометрия и нарушениями функций стволовых клеток эндометрия (WNT4), функцией овуляции (ФСГ, ESR1) и действием эстрогена (ESR1, GREB1, CCDC170, SYNE1, CYP2C19) [26, 29]. Примечательно, что большинство этих генов связаны с такими онкологическими заболеваниями, как рак молочной железы или яичника [26].
Соматические мутации в клетках эндометрия при эндометриозе
Результаты ряда исследований последних лет, в ходе которых выполнялось секвенирование экзомов, показали наличие соматических эпителиальных мутаций в тканях эндометриом яичника при неовариальном глубоком инфильтрирующем эндометриозе, а также в эктопическом эндометрии [10–12]. В 2014 г. китайские исследователи первыми сообщили о большом количестве (тысячах) единичных нуклеотидных вариантов в эпителиальных клетках тканей, взятых из очагов эндометриоза яичников [12].
Авторы из Японии изучали клетки, полученные при лазерной микродиссекции более чем 100 эндометриом яичника, и образцы, полученные из эктопических очагов эндометриоза [11]. В эндометриоидных и нормальных клетках эндометрия были выявлены многочисленные соматические мутации генов, которые часто наблюдаются при эндометриоз-ассоциированном раке яичника. При этом показано, что наиболее часто мутируют гены PIK3CA и KRAS в клетках эндометриомы [11].
Анализ результатов секвенирования образцов тканей одиночных внутриматочных желез эндометрия продемонстрировал наличие мутаций, связанных с риском развития рака яичника, и подтвердил гетерогенность генома эпителиальных клеток эндометрия. Было высказано предположение, что значительное увеличение частоты мутантных аллелей в генах клеток эндометрия согласуется с теорией ретроградного оттока этих клеток, несущих мутации, ассоциированные с развитием опухолей. При имплантации этих тканевых фрагментов в эктопические очаги возрастает риск развития эндометриоза, а также злокачественной клеточной трансформации [11].
В недавнем американском исследовании было проведено секвенирование экзома клеток из экстраовариальных очагов эндометриоза, для которых была характерна глубокая инфильтрация. При этом были изучены эпителиальные и стромальные компоненты эндометриоидных тканей, в клетках этих тканей мутации обнаружены не были [10].
Секвенирование всего экзома эпителиальных клеток при экстраовариальном эндометриозе показало наличие соматических мутаций примерно у 80% пациенток. Частота мутантных аллелей при соматических мутациях была довольно низкой – менее 20%, что свидетельствует о том, что мутации наблюдались только в клетках эндометрия. Несмотря на то что в 26% образцов эндометриоидных тканей выявлялись мутации драйвера рака яичника ARID1A, PIK3CA, KRAS или PPP2R1A, исследователи считают крайне маловероятной случайную природу этих мутаций (p=0,001) [9]. По результатам анализа, проведенного с применением метода полимеразной цепной реакции, мутация KRAS обнаруживалась в 4–38% эпителиальных клеток из каждого очага эндометриоза [10].
Полиморфизмы KRAS, наблюдающиеся у пациенток с эндометриозом, также подтверждают роль этого гена, несмотря на то, что риск развития рака при экстраовариальных спорадических эпителиальных мутациях, наблюдаемых при глубоком инфильтрирующем эндометриозе, до настоящего времени не определен. Однако считают, что сходные мутации в эпителиальных клетках эндометриомы яичника могут играть ключевую роль в инициации опухолевой трансформации [10].
Эпигеномные нарушения
Эпигенетические модификации представляют собой обратимые изменения ДНК или гистонов клетки, которые регулируют экспрессию генов без изменений последовательности ДНК, в отличие от геномных или генетических изменений, которые представляют собой изменения пар оснований, приводящие к нарушениям структуры и функции белка, кодируемого конкретным геном. Двумя наиболее характерными эпигенетическими модификациями являются метилирование ДНК (цитозина) и модификация гистонов (метилирование специфических гистонов в хроматине).
Исследования эндометриоидных стромальных клеток показали, что эпигеномные изменения могут приводить к наследованию определенных признаков без изменений последовательности ДНК. В отличие от эндометриоидных эпителиальных клеток уровни экспрессии многих генов в нормальных стромальных клетках эндометрия существенно отличаются от таковых в стромальных клетках эктопических очагов эндометриоза [11]. С этой целью был проведен ряд исследований дифференциального метилирования ДНК в отдельных генах, а также во всем геноме.
Известно, что процесс метилирования ДНК инициируется и поддерживается тремя ДНК-метилтрансферазами (DNMTs) – DNMT1, DNMT3A и DNMT3B, которые катализируют добавление метильных групп к 5-углеродному цитозину в цитозин-фосфат-гуаниновых динуклеотидах (CpGs). Среди них DNMT3B, по-видимому, дифференцированно экспрессируется в эктопических очагах эндометриоза и стромальных клетках в процессе децидуализации [28].
Показано, что DNMT2B связывается с промоторными областями ключевых генов, а также стероидогенного фактора-1 (SF1) и рецептора ESR1 в клетках эндометрия, но не в стромальных клетках очагов эндометриоза [30]. Таким образом, дифференциальная экспрессия DNMT2B и связывание с критическими промоторами генов в эндометриоидных стромальных клетках могут вносить вклад в аберрантное метилирование ДНК, которое неправильно направляет экспрессию генов при эндометриозе и способствует изменению реакции этих клеток на стероидные гормоны.
Обсуждаются также геномные различия метилирования ДНК между эндометриоидными и нормальными стромальными клетками эндометрия. Сопоставление этих характеристик с выраженностью экспрессии генов показало, что из приблизительно 470 000 сайтов метилирования более 42 000 дифференциально метилированных CpG идентифицируются в эндометриоидных стромальных клетках по сравнению с нормальными стромальными клетками эндометрия [28].
Отмечено, что дифференциальные паттерны метилирования CpG чаще всего наблюдаются дистальнее классических островков CpG, метилирование которых обычно отрицательно коррелирует с экспрессией генов. Существенные различия выраженности метилирования характерны для 403 генов; большая часть этих генов кодирует факторы транскрипции, а также участвует в патологических проявлениях эндометриоза и децидуализации. Установлено, что дифференциальное метилирование влияет на кластеры генов HOX, гены ядерных рецепторов и семейство транскрипционных факторов GATA [28].
В эктопическом эндометрии при эндометриозе также обнаруживаются аномалии метилирования ДНК, приводящие к измененной экспрессии генов и ответу этих тканей на прогестерон [31].
Роль GATA-связывающих факторов 2 и 6 при эндометриозе
Установлено, что для CpGs в промоторе и кодирующей области GATA-связывающего фактора-2 (GATA2) характерно более выраженное метилирование в эндометриоидных стромальных клетках по сравнению со стромальными клетками нормального эндометрия, тогда как для GATA-связывающего фактора-6 (GATA6) характерно менее выраженное метилирование во всех интронных диапазонах. Детальное картирование показало полное отсутствие метилирования экзона GATA в эндометрии; метилирование является характерным именно для эндометриоидных тканей.
Для экзона 2 GATA6 было характерно полное метилирование в клетках эндометрия, наряду с отсутствием метилирования при эндометриозе. Белок GATA в большом количестве обнаруживается в стромальных клетках нормального эндометрия, но при этом практически не выявляется в стромальных клетках в очагах эндометриоза. Напротив, GATA6 хорошо экспрессирован и локализован в ядрах всех эндометриоидных стромальных клеток, но практически не обнаруживается в стромальных клетках нормального эндометрия [28].
В целом на сегодняшний день установлено, что наличие обоих факторов транскрипции является необходимым и достаточным для трансформации стромальных клеток эндометрия в эндометриоидоподобные клетки, которые в больших количествах продуцируют эстрадиол [30].
SF1 является ядерным рецептором, который был впервые описан как регулятор выработки надпочечников и половых стероидов, хотя для него на сегодняшний день не охарактеризован соответствующий лиганд [32]. Функция этого рецептора детально описана при эндометриозе. Показано, что отсутствие ядерного рецептора SF в стромальных клетках нормального эндометрия и, напротив, 12 000-кратно более высокое присутствие в эндометриоидных стромальных клетках частично определяются наличием классического островка CpG в его промоторе. CpG-островок сильно метилирован в стромальных клетках эндометрия, что позволяет рекрутировать белок-фактор домена транскрипции метил-CpG-фактора сайленсера, который препятствует связыванию активаторов транскрипции с промотором SF1 [33]. Таким образом, дифференциальная экспрессия SF1 при эндометриозе в первую очередь контролируется эпигенетическим механизмом [34].
Установлено, что SF1 и GATA6 играют ключевую роль в превращении холестерина в эстрадиол в эндометриоидных стромальных клетках. Эстроген способствует выживанию эндометриоидных клеток, тогда как усиленная продукция простагландинов и цитокинов приводит к развитию воспаления, хронической боли в области таза и бесплодию. Интенсивность воспаления и выработка эстрогена в эндометриоидной ткани связаны обратной связью, что способствует гиперэкспрессии ключевых стероидогенных генов, в частности, генов ароматазы, избыточной экспрессии циклооксигеназы 2 (COX2) и непрерывной локальной продукции эстрадиола и простагландина E2 [35].
Заключение
Исследования последних лет показывают, что при эндометриозе выявляются эпигенетические нарушения в клетках-предшественниках и стволовых клетках целомического эпителия, эндометрия, эндометриальной сосудистой сети и других тканях репродуктивной системы. Показано, что в эндометриоидных стромальных клетках могут развиваться нарушения метилирования ДНК генома и регуляции экспрессии генов.
Устойчивость эндометриоидных клеток и наличие персистирующего воспаления, характерные для эндометриоза, связаны с дефектом стромальных клеток, включающим избыточное образование эстрогена и простагландина, а также резистентность к прогестерону.
Драйверные мутации рака яичника, выявляющиеся в эндометрии, могут играть роль в имплантации фрагментов эндометриоидной ткани в различных областях таза с дальнейшим ростом таких очагов и способствовать инициации эндометриоз-ассоциированного рака яичника.
Безусловно, дальнейшее изучение генетических аспектов патогенеза заболевания будет способствовать углублению понимания патофизиологии эндометриоза и разработке перспективных лечебных и профилактических подходов.
