Modern molecular and biological aspects of endometriosis-associated infertility

Full Text Введение В последние годы эндометриоз является одним из наиболее распространенных гинекологических заболеваний, ассоциированных с женским бесплодием. В мире 176 млн женщин в возрасте от 15 до 49 лет страдают эндометриозом. При этом до 50% женщин с эндометриозом бесплодны, а частота самопроизвольного прерывания беременности при этом заболевании колеблется от 10 до 50%, что делает эндометриоз не только медицинской, но и социальной проблемой. По данным официальной статистики Минздрава России, в последние годы показатель заболеваемости эндометриозом в нашей стране не снижается [1] (рис. 1). Эндометриоз может существовать в разных формах - от небольших очагов на брюшине малого таза до обширных поражений с инфильтрацией в соседние органы и формированием выраженного спаечного процесса в брюшной полости. У 5,3-12% женщин встречается колоректальный эндометриоз, который представляет собой наиболее тяжелую форму глубокого инфильтративного эндометриоза [2, 3]. Предполагается, что тяжесть эндометриоза коррелирует не только с клиническими проявлениями эндометриоза, но и со снижением репродуктивной функции женщин, хотя данная корреляция прослеживается не всегда. За более чем 100-летний период изучения данной проблемы предложено множество теорий эндометриоза. Однако истинные механизмы его возникновения и развития на сегодняшний день неизвестны. Ключевыми этапами развития заболевания большинством авторов признаются: ретроградный заброс менструальной крови в брюшную полость, адгезия эндометриальных клеток к мезотелиальным клеткам; инвазия эктопических эндометриальных клеток в мезотелий с последующей пролиферацией; ангиогенез в эндометриоидных имплантатах; вовлечение воспалительных клеток, которые поддерживают развитие эндометриоидных гетеротопий. Ни одна из существующих в настоящее время теорий этиопатогенеза не раскрывает полностью суть эндометриоз-ассоциированного бесплодия. Генетические факторы, ретроградная менструация, гормональные и иммунологические нарушения, по мнению большинства исследователей, являются основными этиопатогенетическими звеньями эндометриоза [4]. Остаются неясными причины агрессивного прогрессирующего инфильтративного роста эндометриоидной ткани у пациенток с тяжелыми формами эндометриоза. В настоящее время ученые пришли к мнению, что генетические особенности пациенток с наружным генитальным эндометриозом заключаются не столько в появлении мутаций единичных генов, сколько в наличии патологических аллельных сочетаний различных генов (генных сетей). Отмечено, что риск заболевания у женщин 1-й степени родства в 7-10 раз выше, чем в семьях без данной патологии [5]. На сегодняшний день предложено более 100 генов-кандидатов наружного генитального эндометриоза, регулирующих различные сигнальные пути, что, по мнению ряда авторов, позволяет отнести эндометриоз к эпигенетическим заболеваниям. Как известно, эпигенетическая регуляция не связана с изменением первичной структуры ДНК, но приводит к нарушению процессов регуляции функциональной активности генов. Основным механизмом эпигенетической регуляции является метилирование промоторных ДНК-последовательностей, отвечающих за регуляцию экспрессии генов и синтеза регуляторных микро-РНК [6]. В исследовании L. Wang и соавт. (2018 г.) проводился сравнительный анализ профилей метилирования ДНК эутопического эндометрия и эндометриоидной ткани женщин с эндометриозом яичников. Группу контроля составили женщины без эндометриоза. В результате проведенного исследования выявлено 12 159 дифференциально метилированных сайтов CpG и 375 дифференциально метилированных промоторных областей в клетках из очагов эндометриоза. Проведенный анализ показал, что предполагаемые дифференциально метилированные гены в первую очередь связаны с иммунным, воспалительным, гормональным ответом, а также клеточной адгезией, отрицательной регуляцией апоптоза и активацией MAPK-пути (митогенактивируемый киназный каскад). Результаты данного исследования показывают, что аберрантный статус метилирования ДНК в эндометриоидных очагах может играть существенную роль в патогенезе и прогрессировании эндометриоза [4]. Сигнальные пути, задействованные в развитии эндометриоза, можно условно разделить на те, которые отвечают за процессы пролиферации и апоптоза, адгезии и инвазии, ангиогенеза и реализации иммунной защиты [7]. По данным Z. Liu и соавт. (2019 г.), избыточная экспрессия трансформирующего фактора роста-b (ТФР-b) через сигнальный путь - киназа, регулируемая внеклеточными сигналами (extracellular signal regulated kinase - ERK)/митогенактивируемая протеинкиназа (MAPK) - запускает серию процессов, происходящих в стромальных клетках эндометрия, включая усиление клеточной миграции и инвазии эктопических стромальных клеток. Ингибирование пути ERK/MAPK способствует подавлению эффектов, вызванных повышенной экспрессией ТФР-b. Настоящие результаты предоставляют теоретические доказательства для разработки новых методов лечения, нацеленных на сигнальный путь ТФР-b-ERK/MAPK [8]. В настоящее время появляется все больше доказательств того, что ключевым фактором, определяющим течение таких заболеваний, как атеросклероз, подагра, сахарный диабет 2-го типа, панкреатит, является развитие асептического воспалительного ответа, опосредованного через Danger-Associated Molecular Patterns (DAMPs) [9]. Установлено, что ряд DAMPs, включая HMGB1 (High Mobility Group Protein B1), ДНК, аденозинтрифосфат и HSP70 (белок теплового шока-70), участвуют в развитии эндометриоза [10]. Высвобождение DAMPs способствует активации иммунитета и дополнительному повреждению тканей, что может приводить к развитию хронического стерильного воспаления [11] (рис. 2). При этом повреждение клеток мезотелиального слоя, вероятно, способствует дальнейшей адгезии и росту эндометриоидных клеток, в то время как фиброз, формирующийся вокруг очагов эндометриоза, является следствием повторного повреждения клеток [11]. Развитие спаечного процесса малого таза приводит к формированию периовариальных и перитубарных спаек, способствует изменению функциональной активности маточных труб, что негативно влияет на репродуктивный потенциал женщин с эндометриозом (рис. 3). В результате развития иммунного ответа эктопические эндометриоидные поражения вызывают секрецию цитокинов и хемокинов. Появляется все больше данных, свидетельствующих о значительном повышении уровней провоспалительных (интерлейкина - ИЛ-1b и фактора некроза опухоли a) и ангиогенных (лептина и ИЛ-8) цитокинов, ангиогенных факторов роста (эндотелиального фактора роста и протеинкиназы СК2 - казеинкиназы 2-го типа) при эндометриозе [12]. Установлено, что ИЛ-8 способствует увеличению адгезии белков внеклеточного матрикса к строме эндометрия с усилением пролиферации клеток и экспрессии металлопротеиназ [13]. Матриксные металлопротеиназы представляют собой внеклеточные эндопептидазы, которые играют значительную роль в процессах клеточной миграции и инвазии, вызывая деградацию и ремоделирование внеклеточного матрикса. В исследовании A. Durmus и соавт. (2019 г.) у пациенток с тяжелыми формами эндометриоза были получены более высокие уровни металлопротеиназы-9 по сравнению с пациентками с легкими формами заболевания [14]. Помимо этого, в перитонеальной жидкости женщин с эндометриозом идентифицировано значительное количество иммунно-ассоциированных клеток, включая макрофаги, нейтрофилы, натуральные киллеры, дендритные и тучные клетки [11]. Однако их неспособность обнаружить и устранить эктопические клетки эндометрия свидетельствует о наличие дефицита иммунной системы у женщин с эндометриозом. Согласно данным A. Invitti и соавт. (2018 г.), хирургическое удаление эндометриоидных очагов приводит к снижению уровня ИЛ-8 [13]. Эстрогены также могут увеличивать выработку цитокинов, потенцируя развитие положительной обратной связи, тем самым увеличивая воспалительную среду. Кроме того, эстрогены обладают различными эффектами, влияющими на механизмы жизнеспособности клетки, в том числе на процессы выживания и пролиферации. Они также способны усиливать или снижать экспрессию генов в зависимости от типа клеток и окружающей среды посредством геномных и негеномных путей [14]. Потенцирующим фактором в развитии эндометриоза является оксидативный стресс, характеризующийся нарушением равновесия между продукцией активных форм кислорода (АФК) и их нейтрализацией антиоксидантной системой. E. Ferreira и соавт. (2019 г.) проведен анализ сывороточного оксидативно-антиоксидантного баланса, который показал, что системный оксидативный стресс, в основном характеризуемый снижением 8-гидрокси-2’-дезоксигуанозина (8OHdG), более распространен у женщин с бесплодием и эндометриозом I и II стадии [15]. Данное пилотное исследование разработано в первую очередь для оценки системного оксидативного стресса во время ранней фолликулярной фазы естественного цикла, предшествующего началу контролируемой стимуляции яичников с интрацитоплазматической инъекцией сперматозоида (ИКСИ), у бесплодных женщин с эндометриозом I и II стадии и без него путем анализа 8 маркеров оксидативного стресса [малондиальдегид, общая концентрация гидропероксидов - FOX1, дополнительные белковые продукты окисления - AOPP (Advanced oxidation protein products), глутатион, супероксиддисмутаза, общая антиоксидантная способность (TAC), 8-гидроксидезоксигуанозин, витамин E]. Второй целью данного исследования являлось определение точности этих маркеров как предикторов клинической беременности и живорождений после ИКСИ. Полученные результаты проведенного исследования позволяют предположить, что FOX1 может являться хорошим предиктором клинической беременности после ИКСИ у женщин без эндометриоза, в то время как TAC может быть хорошим предиктором клинической беременности и живорождений у бесплодных женщин с эндометриозом I и II стадии [16]. I. González-Foruria и соавт. (2017 г.) провели исследование, в котором оценили влияние оксидативного стресса на активацию сигнального пути ADAM17/Notch и развитие фиброза в очагах эндометриоза [17]. Notch-сигнальный путь имеет ключевое значение в управлении жизненным циклом, дифференцировкой, пролиферацией клеток млекопитающих [11]. Все эти процессы играют важную роль в ремоделировании эндометрия и имеют решающее значение для успешной имплантации. Экспрессия металлопротеиназы ADAM17 увеличивается при воспалительных процессах и особенно при воздействии АФК. ADAM17 играет заметную роль в сигнальном пути Notch, вызывая протеолитическое высвобождение активной формы трансмембранных белков Notch (NICD) из рецептора Notch-1. В свою очередь, NICD принимает непосредственное участие в регуляции транскрипции ядерных генов-мишеней, которые приводят к значительной активации фибробластов [18]. Авторами получены данные, подтверждающие высокую экспрессию ADAM17 в клетках эутопического и эктопического эндометрия по сравнению с контрольной группой. Также были получены более высокие уровни внутриклеточного домена Notch (NICD), маркеров фиброза a-гладкомышечного актина и коллагена 1-го типа в стромальных эндометриоидных клетках эктопических очагов у пациенток с глубоким инфильтративным эндометриозом. Данный факт может свидетельствовать о том, что оксидативный стресс при эндометриозе коррелирует с гиперактивацией сигнального пути ADAM17/Notch и последующим увеличением фиброза (рис. 4). В недавнем исследовании R. Su и соавт. (2016 г.) показано, что передача сигналов Notch может играть важную роль в регуляции метилирования генов рецепторов прогестерона (PR), что имеет решающее значение для децидуализации и рецептивности эндометрия [19]. В ранее опубликованных работах R. Su показано, что прогестерон активирует передачу сигналов Notch путем повышенного расщепления Notch-1. Предполагается, что резистентность к прогестерону в эндометрии у пациенток с эндометриозом частично способствует снижению передачи сигналов Notch. FOXO1 - один из самых ранних генов, индуцируемых во время децидуализации. Данные ранее проведенных исследований свидетельствуют о том, что во время нормальной децидуализации PR вместе с Notch-1 регулируют экспрессию FOXO1. Однако вследствие резистентности к прогестерону происходит снижение активности пути Notch, что приводит к снижению FOXO1 и последующему ухудшению реакции децидуализации [20]. Молекулярная основа резистентности к прогестерону при эндометриозе, возможно, связана с общим снижением экспрессии PR и отсутствием PR-B [21]. Исследование, проведенное U. Chae и соавт. в 2016 г., продемонстрировало, что прогестеронорезистентность у женщин с эндометриозом может быть вызвана снижением отношения PR-B/PR-A в результате повышенного уровня провоспалительных цитокинов в перитонеальной жидкости [22]. Кроме того, ERb, непосредственно связываясь с промоторной областью ERa-опосредованного PR в эндометриодных очагах, способствует подавлению экспрессии ERa, что может также приводить к состоянию прогестеронорезистентности [23]. Как известно, прогестерон индуцирует экспрессию 17b-гидроксистероиддегидрогеназы 2-го типа (HSD17B2), которая метаболизирует биологически активный эстрадиол до менее сильного эстрона. У пациенток с эндометриозом повышенная эстрогенная среда на фоне резистентности к прогестерону и потери активности HSD17B2 вызывает воспалительные реакции в эндометрии, что характеризуется повышенным уровнем многих воспалительных цитокинов, в том числе ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, фактора некроза опухоли a [24]. Механизмы, способствующие выживаемости эктопических эндометриоидных клеток, в том числе связаны с ERb-опосредованными сигнальными путями [13, 15]. Помимо цитоплазматического и ядерного рецептора ERb обнаружено, что ERb транслоцируется в митохондриях различных клеток млекопитающих. В недавнем исследовании T. Liao и соавт. (2019 г.) предложена возможная адаптивная роль митохондриального рецептора эстрогена ER-b в развитии эндометриоза и обеспечении устойчивости к апоптозу, вызванному окислительным стрессом [25]. Несмотря на многочисленные исследования различных звеньев патогенеза эндометриоза, на сегодняшний день не существует единого мнения о механизмах его агрессивного роста и рецидивах заболевания, что побуждает нас продолжать научный поиск в данном направлении. Показано, что AKT (также известный как протеинкиназа B) может способствовать подавлению экспрессии PR [11]. Однако понимание того, каким образом осуществляется данное влияние, имеет решающее значение для повышения эффективности гормональной терапии при патологии эндометрия. В последние годы большое количество исследований направлено на поиск и разработку неинвазивных и минимально инвазивных методов ранней диагностики эндометриоза. Несмотря на это, ни один из множества предложенных биомаркеров не доказал свою эффективность на сегодняшний день [16, 26]. Проведение биоинформационного анализа в ближайшее время будет иметь решающую роль в поиске и определении основных патогенетических звеньев развития эндометриоза. Согласно данным Л.В. Адамян и соавт. (2015 г.), проведенный анализ позволил выделить STAT-белки, транскрипционные SMAD-факторы и сигнальный путь MEK (также известная как митоген-активированная протеинкиназа киназа)/ERK в качестве центральных регуляторов патофизиологических процессов, лежащих в основе эндометриоза [7]. Заключение Наиболее важной проблемой, несмотря на наличие современных медикаментозных и хирургических методов лечения, остается высокая частота развития рецидива эндометриоза. Продолжение изучения центральных сигнальных путей и поиск новых ключевых молекул имеют первостепенное значение для лучшего понимания патогенеза заболевания, а также являются важным шагом в разработке новых стратегий диагностики, профилактики и лечения эндометриоза. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interests. The authors declare that there is not conflict of interests.About the authors Anastasiia S Safronova Kulakov National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology Email: [email protected] Graduate Student Moscow, Russia Mikhail Yu Vysokikh Kulakov National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology Email: [email protected] Cand. Sci. (Biol.) Moscow, Russia Vladimir D Chuprynin Kulakov National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology Email: [email protected] Cand. Sci. (Med.) Moscow, Russia Natalia A Buralkina Kulakov National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology Email: [email protected] D. Sci. (Med.) Moscow, Russia

- Минздрав России. Заболеваемость населения России в 2010-2017 гг. Статистические материалы. Часть IV, Москва, 2011-2018 гг. Справочно-информационные материалы службы охраны здоровья матери и ребенка, Москва, с 2005 г. М., 2018. - Bendifallah S, Roman H, Mathieu d’Argent E et al. Colorectal endometriosis-associated infertility: should surgery precede ART? Fertil Stiril 2017; 108 (3): 525-31. - Darai E, Cohen J, Ballester M. Colorectal endometriosis and fertility. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol 2017; 209: 86-94. - Wang L, Zhao J, Li Y et al. Genome-wide analysis of DNA methylation in endometriosis using Illumina Human Methylation 450 K BeadChips. Mol Reprod Dev 2019; 1-11. https://doi.org/10.1002/mrd.23127 - Баскаков В.П, Цвелев Ю.В., Кира Е.Ф. Эндометриоидная болезнь. СПб.: Издательство Н-Л, 2002. - Закиян С.М., Власова В.В., Дементьева Е.В. Эпигенетика. М.: СО РАН, 2012. - Адамян Л.В., Азнаурова Я.Б. Молекулярные аспекты патогенеза эндометриоза. Проблемы репродукции. 2015; 2: 66-77. - Liu Z, Yi L, Du M et al. Overexpression of TGF-b enhances the migration and invasive ability of ectopic endometrial cells via ERK/MAPK signaling pathway. Exp Therapeutic Med 2019; 17: 4457-64. - Hoque R, Malik A.F, Gorelick F, Mehal W.Z. Sterile inflammatory response in acute pancreatitis. Pancreas 2012; 41: 353-7. - Kajihara H, Yamada Y, Kanayama S et al. New insights into the pathophysiology of endometriosis: from chronic inflammation to danger signal. Gynecol Endocrinol 2011; 27: 73-9. - Ельчанинов А.В., Фатхудинов Т.Х., Кананыхина Е.Ю. и др. Активность генов NOTCH-сигнального пути и NOTCH-зависимых генов в печени крыс после субтотальной резекции. Гены&Клетки. 2016; 11 (3): 40-6. - Kobayashi H, Higashiura Y, Shigetomi H, Kajihara H. Pathogenesis of endometriosis: The role of initial infection and subsequent sterile inflammation (Review). Mol Med Rep 2014; 9: 9-15. https://doi.org/10.3892/mmr.2013.1755 - Invitti A.L, Schor E, Parreira R.M et al. Inflammatory cytokine profile of co cultivated primary cells from the endometrium of women with and without endometriosis. Mol Med Rep 2018; 18: 1287-96. - Durmus A.B, Cengiz S.D, Yilmaz H et al. The levels of matrix metalloproteinase-9 and neutrophil gelatinase-associated lipocalin in different stages of endometriosis. J Obstetrics Gynaecol 2019; 39 (7): 991-5. doi: 10.1080/01443615.2019.1584889 - Ferreira E.M, Giorgi V.S.I, Rodrigues J. et al. Systemic oxidative stress in the early follicular phase as a possible mechanism underlying the pathogenesis of mild endometriosis-related infertility and a helpful tool to predict ICSI outcomes: a pilot study. Reprod BioMed Online 2019; 39 (5): 785-94. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2019.06.011 - Nisenblat V, Bossuyt P, Shaikh R et al. Blood biomarkers for the non-invasive diagnosis of endometriosis (Review). Cochrane Database Syst Rev 2016; 5: CD012179. - González-Foruria I, Santulli P, Chouzenoux S et al. Dysregulation of the ADAM17/Notch signalling pathways in endometriosis: from oxidative stress to fibrosis. Mol Human Reprod 2017; 23 (7): 488-99. - Kavian N, Servettaz A, Mongaret C et al. Targeting ADAM-17/notch signaling abrogates the development of systemic sclerosis in a murine model. Arthritis Rheum 2010: 62 (11): 3477-87. - Sua R-W, Struga M.R, Jeonga J-W et al. Aberrant activation of canonical Notch1 signaling in the mouse uterus decreases progesterone receptor by hypermethylation and leads to infertility. Proc Natl Acad Sci 2016; 113 (8): 2300-5. - Su R.W, Strug M.R, Joshi N.R et al. Decreased Notch pathway signaling in the endometrium of women with endometriosis impairs decidualization. J Clin Endocrinol Metab 2015; 100 (3): E433-E442. - Bulun S.E, Cheng Y.H, Yin P et al. Progesterone resistance in endometriosis: link to failure to metabolize estradiol. Mol Cell Endocrinol 2006; 248: 94-103. - Chae U, Min J.Y, Kim S.H et al. Decreased Progesterone Receptor B/A Ratio in Endometrial Cells by Tumor Necrosis Factor-Alpha and Peritoneal Fluid from Patients with Endometriosis. Yonsei Med J 2016; 57 (6): 1468-74. - Bulun S.E, Monsavais D, Pavone M.E et al. Role of estrogen receptor-beta in endometriosis. Semin Reprod Med 2012; 30: 39-45. - Lessey B.A, Lebovic D.I, Taylor R.N. Eutopic endometrium in women with endometriosis: ground zero for the study of implantation defects. Semin Reprod Med 2013; 31: 109-24. - Liao T, Lee Y-C, Tzeng C-R et al. Mitochondrial translocation of estrogen receptor-b affords resistance to oxidative insult-induced apoptosis and contributes to the pathogenesis of endometriosis. Free Radic Biol Med 2019; 134: 359-73. - Nisenblat V, Prentice L, Bossuyt P et al. Combination of the non-invasive tests for the diagnosis of endometriosis (Review). Cochrane Database Syst Rev 2016; 7: CD012281