Ткани внутренних и наружных половых органов женщины репродуктивного возраста претерпевают под влиянием эстрадиола и прогестерона интенсивные циклические изменения, заключающиеся в первую очередь в изменении эндометрия и его структурно-функциональных составляющих. Эти изменения затрагивают в том числе и внеклеточный матрикс.

Состав и соотношение компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ), а также взаимодействие клеток эндометрия играют ключевую роль в физиологии эндометрия, имплантации и протекании беременности, а также в патологии эндометрия.

Физиология внеклеточного матрикса различных тканей

Внеклеточного матрикс, или экстрацеллюлярный матрикс — это многокомпонентный комплекс структурных молекул, таких как протеогликаны, коллаген, эластин, которые в совокупности поддерживают структурную целостность тканей [1]. ВКМ обеспечивает организованную среду, в пределах которой перемещаются и взаимодействуют клетки различных тканей. Компоненты ВКМ синтезируются различными клетками: фибробластами, хондробластами и остеобластами. Принципиально ВКМ состоит из трех основных компонентов: гелеобразной среды, волокон коллагена и эластина [2]. Гель представлен в основном протеогликанами. Цепи протеогликанов прикрепляются к полимеру гиалуроновой кислоты, что скрепляет структуру геля. Это дает возможность гелеобразной среде ВКМ противостоять сжатию и растяжению ВКМ и обеспечивает транспорт веществ и компонентов между кровью и клетками соединительной ткани [2, 3].

В норме равновесие между синтезом и распадом структурных белков обеспечивает нормальную физиологию ВКМ и предотвращает развитие фиброза или нарушение опорных функций ВКМ. Изменение структуры ВКМ — это всегда исход дисбаланса между синтезом и деградацией компонентов матрикса [3—5]. ВКМ не просто «опора» клеток, а участник метаболических процессов, клеточной пролиферации, апоптоза, а также «хранилище» биологически активных веществ, в том числе факторов роста.

Баланс компонентов ВКМ находится, в первую очередь, под контролем нейроэндокринной регуляции. Так, на уровень коллагена в ВКМ влияет ренин-ангиотензин-альдостероновая система, компоненты которой циркулируют в крови и определяются в тканях, а также ангиотензин II, который стимулирует фибробласты и синтез коллагена. В частности, ангио-тензин II cвязывается с рецепторами ангиотензина I на мембране фибробластов, что приводит к повышению уровня тканевого фактора роста (TGF-b), который стимулирует продукцию и депонирование структурных компонентов ВКМ [6].

Физиология внеклеточного матрикса эндометрия

Предполагается, что секреция эстрогенов яичниками вызывает интенсификацию пролиферации стромальных клеток эндометрия в пролиферативной фазе. Это приводит к увеличению плотности ткани и усиливает синтез коллагена I типа, преимущественно во время секреторной фазы и в течение первого триместра беременности в результате длительного воздействия прогестерона.

Известно, что под влиянием половых стероидов происходят циклические изменения в ВКМ эндометрия. Иммуногистохимический анализ показал, что в строме эндометрия и в сосудистой стенке наблюдалась положительная реакция к коллагену типов I и III на протяжении менструального цикла. В пролиферативной фазе коэффициент соотношения коллагена типа III к коллагену типа I был выше, чем в секреторной фазе. Описано два возможных механизма изменения состава внеклеточного матрикса. Во-первых, это изменение уровня стероидных гормонов или интенсивности экспрессии рецепторов к ним. Во-вторых, изменение количества и плотности расположения клеток в эндометрии. Существует предположение, что плотность расположения клеток модулирует биологический рост и синтез компонентов ВКМ [7].

По данным M. Iwahashi и соавт. (1996), помимо коллагена I и III типов VI тип коллагена оказался диффузно локализован в эндометрии. Положительная реакция к коллагену VI типа отмечена в строме, но отсутствовала в железах эндометрия. Реакция с антителами к коллагену IV типа обнаруживалась исключительно в базальной мембране желез эндометрия и под слоем клеток эндотелия капилляров. Положительная реакция к ламинину определялась в базальной мембране эндометриальных желез и в нижних слоях эндотелия сосудов [7].

Роль матриксных металлопротеиназ в физиологии внеклеточного матрикса

Если изменения ВКМ — это один из основных механизмов нормальной и патологической физиологии любой ткани [8], то активность матриксных металлопротеиназ (ММП) можно назвать важнейшим фактором, определяющим интенсивность изменений ВКМ [9].

ММП — семейство цинковых металлопротеиназ. Основная их функция — это обмен структурных компонентов ВКМ. ММП синтезируются и секретируются фагоцитами, лимфоцитами и онкоген-трансформированными клетками, фибробластами, эпителиальными клетками. ММП синтезируются в виде неактивного профермента (проММП), который затем превращается в активную форму.

Известно более 30 видов MMП, которые могут быть поделены на 6 групп: коллагеназы, желатиназы, стромелизины, матрилизины, мембранно-связанные ММП и группа недостаточно изученных представителей ММП и объединенных под названием «другие ферменты» [9]. ММП активно участвуют в процессах ремоделирования ВКМ, разрушая его основные структурные компоненты: коллаген, эластин, фибронектин, гликозаминогликаны. Для нормального функционирования ВКМ должен поддерживаться баланс между активностью ММП и механизмами их подавления. Нарушение этого равновесия приводит к глубоким изменениям состава внеклеточного матрикса и может влиять на различные свойства клеток [9].

Регуляция активности ММП может осуществляться в следующих направлениях:

— экспрессия генов, кодирующих ММП;

— внутриклеточная продукция проэнзимов (неактивной формы ММП);

— экскреция проэнзима во внеклеточное пространство;

— внеклеточная активация проэнзима (посттрансляционая регуляция);

— супрессия активности ММП тканевыми ингибиторами;

— деградация ММП.

Регуляция экспрессии генов ММП осуществляется на транс- и на посттранскрипционном уровнях. Индуцированный уровень экспрессии может быть в несколько раз выше базального уровня экпрессии.

Транскрипционными факторами, регулирующими продукцию мРНК ММП, являются АР-1, АР-2, HIF, PEA-3, ER. Они, в свою очередь, представляют собой конечные звенья сигнальных путей Ras-MARK/ERK, JAK-STAT, TGF-β/SMAD.

Гены, ответственные за синтез ММП, регулируются многими факторами, включающими стероидные гормоны, факторы роста, цитокины и онкогены. Например, экспрессия ММП-1, -3, -9 стимулируется TNF-β и интерлейкином-1. ММП-2 не зависит от действия этих факторов [10—12].

Посттранскрипционный уровень регуляции имеет меньшее значение и менее изучен. Большинство ММП активируются вне клетки под действием ферментов протеаз, включая плазмин, ММП-3 и ММП мембранного типа. При этом исключение составляют ММП-11, -14 и -28, которые активируются внутриклеточно [10]. В «зрелых» тканях активность ММП обычно достаточно низкая. Продукция и экспрессия ММП возрастают в связи с реорганизацией, воспалением и процессом заживления тканей [13].

Изучены тканевые ингибиторы ММП (ТИМП) [14]. В настоящий момент известно четыре вида ТИМП, каждый из которых оказывает избирательное ингибируюшее действие на ММП. Наиболее важными считаются ТИМП 1-го и 2-го типов, поскольку их активность независима от ММП. ТИМП-1 и ТИМП-2 регулируют ангиогенез. Типы ТИМП 1-й, 2-й и 4-й — растворимые формы, а 3-й тип связан с ВКМ [14].

Механизм ингибирующего действия ТИМП основан на высокой специфичности ингибиторов к цинк-связывающему участку ММП по типу «ключ-замок». Связываясь с этим участком в эквимолярном соотношении, ТИМП подавляют активность ММП. ТИМП могут связываться как с активными формами ММП, так и с проММП. Образованные комплексы отличаются высокой прочностью [15, 16].

В свою очередь ТИМП самостоятельно влияют на морфологию клеток, на стероидогенез, на развитие и миграцию первичных герминативных клеток.

Помимо ТИМП действие ММП регулируется факторами, действующими на поверхности клетки (интегринами, фибронектином), рядом химических соединений, таких как простагландины, липополисахариды, цитокины и факторы роста, а также физическими факторами, такими как тепловой шок, облучение.

Роль матриксных металлопротеиназ в физиологии внеклеточного матрикса эндометрия

На протяжении почти всего менструального цикла в эндометрии активность ММП находится на минимальном уровне. Высокая активность определяется в период менструаций в связи с разрушением и деградацией ткани эндометрия и в период перед возможной имплантацией эмбриона, когда происходят ремоделирование и дифференциация ткани эндометрия (таблица) [17, 18].

Экспрессия некоторых матриксных металлопротеиназ и тканевых ингибиторов металлопротеиназ на протяжении менструального цикла и их локализация в эндометрии

Примечание. ММП — матриксные металлопротеиназы; ТИМП — тканевые ингибиторы металлопротеиназ.

Парадоксально, что ММП также играют роль в остановке менструального кровотечения посредством влияния на функцию тромбоцитов. Обнаружено, что ММП-1, ММП-2, ММП-9 увеличивают агрегацию тромбоцитов [19].

Активность ММП-2 остается практически неизменной на протяжении всего менструального цикла, в то время как интенсивность экспрессии ММП-1 зависит от уровня эстрогенов. В ранней и средней пролиферативной фазе равномерно возрастает активность ММП-11 и ММП-7, а активность ММП-1, ММП-3 и ММП-9 определяются лишь фокально. В целом на протяжении почти всей секреторной фазы активность ММП остается предельно низкой, вновь возрастая к концу фазы секреции.

Экспрессия ММП-1 ограничена стромальными клетками в период менструации, и слабоположительная реакция наблюдается в ранней пролиферативной фазе. Кроме того, мРНК ММП-1 определяется вокруг сосудов, во фрагментах функционального слоя эндометрия в менструальной фазе цикла. Представляется, что ММП-1 играет ключевую роль в отторжении функционального слоя эндометрия при менструации. Констрикция спиральных артерий, индуцированная простагландинами и ММП-2, приводит к региональной ишемии и повреждению артериальной стенки, началу кровотечения и эксфолиации функционального слоя эндометрия. Распределение активности стромелизинов на протяжении менструального цикла, по-видимому, почти идентично: ММП-1, ММП-3, ММП-10 и ММП-11 также определяются в стромальном компоненте.

Экспрессия ММП-3 в период менструаций также возрастает, что говорит в пользу того, что коллагеназы и стромелизины играют роль в процессе деградации стромального компонента ВКМ в период менструаций.

В исследовании D. Hulboy активность ММП-9 оценивали иммуногистохимическим методом в полиморфноядерных нейтрофилах, моноцитах, макрофагах и эозинофилах в период менструации. Предполагается, что названные клетки являются основным источником этой протеинкиназы в эндометрии в период менструации. ММП-7 в отличие от остальных представителей матриксинов является специфическим эпителиальным ферментом; мРНК ММП-7 локализована строго в железистом эпителии эндометрия на протяжении всего менструального цикла.

Соотношение интенсивности экспрессии ММП и их тканевых ингибиторов играет ключевую роль в регуляции ремоделирования матрикса. Экспрессия ТИМП-1 в равной степени определяется как в железистом эпителии эндометрия, так и в строме на протяжении всего менструального цикла, локализуясь преимущественно вокруг сосудов и, по-видимому, играя роль «защиты» сосудистой стенки от действия матриксинов. ТИМП-2 с постоянной интенсивностью экспрессируется на протяжении всего менструального цикла, но достоверные данные о его локализации пока отсутствуют. ТИМП-3 экспрессируется сугубо в стромальном компоненте, преимущественно в период средней и поздней секреторных фаз менструального цикла. Необходимым условием для успешной имплантации является ремоделирование эндометрия в секреторной фазе, которое обеспечивается влиянием ММП-2 и ММП-9. Физиологические концентрации прогестерона оказывают ингибирующее влияние на экспрессию указанных матриксинов [20].

Одним из механизмов регуляции активности матриксинов в эндометрии являются циклические изменения в синтезе половых стероидов, цитокинов и факторов роста [12]. Иммуногистохимические исследования показали, что физиологическое падение уровня прогестерона или его отмена приводят к увеличению продукции и активации некоторых ММП, но не оказывает влияния на экспрессию их ингибиторов. В период секреторной фазы менструального цикла, когда происходит подъем содержания прогестерона, снижается интенсивность экспрессии генов большинства ММП. Исключением является только ММП-2, поскольку ее экспрессия повышается именно в фазу секреции.

Механизм ингибирующего действия прогестерона на экспрессию ММП не до конца изучен. Показано прямое ингибирующее действие прогестерона на экспрессию генов стероидзависимого синтеза. На примере ММП-7 показано опосредованное ингибирующее действие через паракринную активность TGF-β. Во время лечения прогестероном в тканях эндометрия увеличивается содержание TGF-β. TGF-β ингибирует экспрессию ММП-7 в образцах клеточной культуры эпителия. Прогестерон также регулирует активность ММП на посттрансляционном уровне, увеличивая локально синтез специфических тканевых ингибиторов ММП. На культуре клеток эндометрия показано стимулирующее влияние прогестерона на синтез мРНК ТИМП. Ингибитор активатора плазминогена I (PAI I) ингибирует протеазную активность участников «плазминового каскада», прогестерон, в свою очередь, стимулирует выработку PAI I в культуре клеток эндометрия в эксперименте [21—23].

Влияние эстрогенов на экспрессию ММП менее изучено. Высказано предположение, что влияние эстрогенов на экспрессию ММП не так велико, как влияние прогестерона. В некоторых исследованиях показан синергизм в действии эстрогена и прогестерона в отношении ММП, так как эстрогены интенсифицируют продукцию рецепторов к прогестерону. В свой черед эстрогены регулируют синтез компонентов АР-1 — фактора транскрипции, который играет ключевую роль в индукции промоутеров ММП [20].

Нарушение активности матриксных металлопротеиназ и обмена белков внеклеточного матрикса при патологии эндометрия

ММП играют большую роль в патогенезе заболеваний, ассоциированных со структурными изменениями тканей. Существует термин «металлопротеиназ-зависимые заболевания». Его используют для описания разнообразных заболеваний, в основе патогенеза которых лежит дисрегуляция ММП.

Как указано ранее, основными направлениями регуляции активности ММП являются следующие: экспрессия генов, кодирующих ММП; внутриклеточная продукция проэнзимов (неактивной формы ММП); экскреция проэнзима во внеклеточное пространство; внеклеточная активация проэнзима; супрессия активности ММП их тканевыми ингибиторами; деградация ММП [24—26].

Нарушение регуляции на любом из указанных уровней приводит к дисбалансу активности и ингибирования экспрессии ММП. Например, для генов, которые кодируют ММП, характерен полиморфизм, что может сказываться на конечном эффекте белкового продукта или в виде увеличения его количества, или в виде изменения его функциональной активности [27].

Помимо своего прямого влияния на белки ВКМ ММП способны высвобождать цитокины и факторы роста. Продукты деградации ВКМ в свою очередь обладают самостоятельной биологической активностью. Например, короткий белок, который образуется при деградации коллагена, повышает проницаемость эндотелия [28].

ММП в ряде случаев обладают действием не только на компоненты ВКМ, но и способны гидролизовать факторы роста, хемокины, другие ММП, цитокины, мембранные белки, адгезивные молекулы, осуществляют процессию VEGF. Таким образом, ММП самостоятельно модулируют иммунный ответ, клеточный цикл, запрограммированную клеточную гибель, миграцию [22, 29]. Эти и другие способности ММП определяют их фундаментальную роль в патогенезе многих патологических процессов, таких как воспаление, дегенеративные, онкологические заболевания, инфекционные процессы и другие. Например, нарушение циклической регуляции и баланса между активностью ММП и их ингибиторами — основа патогенеза ациклических маточных кровотечений, а также патогенетическая основа применения комбинированных оральных контрацептивов в качестве терапии этих состояний [30—32]. Избыточная экспрессия ММП-2 и циклооксигеназы-2, по-видимому, играют роль в патогенезе аденомиоза и эндометриальных полипов [33—35].

Одним из распространенных заболеваний женщин репродуктивного возраста является эндометриоз. Патогенез этого заболевания сложен и не до конца изучен. Одним из механизмов формирования эндометриодных гетеротопий является миграция и последующая имплантация клеток эндометрия. Показана роль ММП-9 в патогенезе эндометриоза посредством прямого влияния на процессы миграции и дальнейшей инвазии эндометриальных клеток на поверхности органов и тканей [31].

Некоторые пилотные исследования показали снижение ММП-2 и ММП-9 в ткани эндометрия и в сыворотке крови женщин на фоне хронического эндометрита [36].

В работе N. Inagaki исследованы смывы из полости матки женщин с привычным невынашиванием беременности и неоднократными неудачами имплантации при применении вспомогательных репродуктивных технологий. Обнаружено, что неоднократные неудачи имплантации ассоциированы с более высоким уровнем активности ММП в полости матки, большей частью за счет ММП-9. Поскольку высокий уровень содержания ММП коррелировал с высоким уровнем IL-1-бета и низким уровнем IL-10, предполагается, что IL-1-бета стимулирует выработку ММП стволовыми эндометриальными клетками. В свою очередь IL-10 является иммуносупрессором и обес-печивает иммунологическую толерантность в ответ на имплантацию эмбриона организмом матери [37].

Как известно, адекватная инвазия трофобласта является определяющим фактором нормального прогрессирования беременности. Неадекватная инвазия трофобласта рассматривается как одно из ведущих звеньев патогенеза таких осложнений беременности, как преэклампсия, эклампсия. Показана роль низкой активности ММП-9 в патогенезе преэклампсии [38].

Ранние потери беременности могут быть связаны с низким уровнем экспрессии ММП-9 и ММП-2. Эти протеиназы непосредственно вовлечены в успешную инвазию трофобласта, поскольку они являются ключевыми энзимами деградации базальной мембраны, которая преимущественно состоит из коллагена IV типа. При этом ММП-2 вовлечены в самые ранние этапы взаимодействия эмбриона и эндометрия. В исследовании определяли активность ММП-2, ММП-9 и ТИМП-2 в сыворотке пациентов трех групп: с нормально развивающейся беременностью, анэмбрионией, неполным спонтанным абортом. Обнаружено, что у женщин с нормально развивающейся беременностью наиболее высокие активность матриксинов и их соотношение с ТИМП. По-видимому, экспрессия ММП является необходимой для успешной инвазии трофобласта, а экспрессия ТИМП играет роль лимитирующего фактора степени инвазии [39—41].

S. Senapati и соавт. (2018) изучали механизмы возникновения осложнений беременности одним плодом, наступившей в результате вспомогательных репродуктивных технологий и переноса эмбриона в полость матки в «свежем» цикле. У пациенток с «криопереносом» частота преэклампсии и низкого веса новорожденных при рождении была статистически значимо ниже, чем у пациенток со «свежим» переносом бластоцисты в аутологичных циклах. Авторы предположили, что существует фактор, связанный с супрафизиологической концентрацией стероидных гормонов в ходе стимуляции суперовуляции, влияющий на параметры эндометрия. В ходе исследования обнаружена повышенная экспрессия ряда генов, вовлеченных в процесс ремоделирования эндометрия во время его секреторной трансформации, имплантации и инвазии трофобласта, в том числе ген, кодирующий ММП-2. В свою очередь, избыточное ремоделирование приводит к нарушению нормальной инвазии трофобласта. Это может быть еще одним доводом в пользу «сегментации» циклов вспомогательных репродуктивных технологий [42].

Отдельно необходимо отметить роль ММП в патогенезе онкологических заболеваний, поскольку деградация компонентов базальной мембраны, разрушение компонентов ВКМ способствуют прогрессии, метастазированию, неоангиогенезу опухолей различной локализации, в том числе злокачественных заболеваний эндометрия. Механизмы, лежащие в основе развития и прогрессирования рака эндометрия, до сих пор не до конца изучены, и необходимы эффективные биомаркеры, имеющие клиническое значение в диагностике и предикции эффективности терапии [43].

Внеклеточный матрикс и базальная мембрана вместе составляют первый барьер в процессе метастазирования опухоли. Во время инвазии и миграции клеток опухоли внеклеточный матрикс подвергается протеолитической модификации с помощью MMP, что облегчает метастазирование опухолевых клеток. Дооперационные уровни онкомаркера CA125 в сыворотке крови выше у пациентов с ММП-2-положительными опухолями по сравнению с пациентами, в препаратах которых в ходе исследования определяется отрицательное иммуноокрашивание. По-видимому, интенсивность экспрессии ММП-2 связана с биологической агрессивностью рака эндометрия. Следовательно, интенсивность экспрессии ММП-2 коррелирует с клинической стадией, степенью инвазии при раке эндометрия. Высокий уровень экспрессии MMП-2 связан с глубиной инвазии опухоли, а также может быть расценен как биомаркер риска метастазирования первичной опухоли [44].

Заключение

Таким образом, матриксные металлопротеиназы и продукты обмена белков внеклеточного матрикса могут выступать как биомаркеры диагностики и предикции эффективности лечения различной патологии репродуктивной системы, а также являться мишенью для таргетной терапии, направленной на регулирование активности матриксных металлопротеиназ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.