Роль апелинергической системы в репродукции человека (обзор литературы)

Открытие апелинергической системы (гормона апелина и других лигандов к APJ рецептору) относится к 1993 г., когда был обнаружен связанный с G-белком рецептор, имеющий высокую гомологию по структуре гена и белка с рецептором ангиотензина II типа 1 (AT1). Однако сам ангиотензин II не является лигандом к этому рецептору [1]. Указанный рецептор получил в дальнейшем название APJ (рецептор к апелину, APLNR), и его ген у человека находится на хромосоме 11q12.1.

В 1998 г. открыт гормон, лиганд к этому рецептору, который получил название апелин [2]. Ген апелина (APLN) человека находится на хромосоме Xq26.1 и кодирует предшественник гормона препроапелин, который содержит 77 остатков аминокислот и распадается на биологически активные апелин-36, апелин-17, апелин-13 и посттрансляционно модифицированный пироглутамат-апелин-13 (Pyr1)-apelin-13) [3]. Все эти варианты апелина могут связываться с рецептором APJ. Интересно, что в зависимости от ткани, в которой происходит экспрессия гена APJ, этот рецептор через различные варианты G-белка (Gα, Gβ и Gγ) может активировать такие сигнальные пути, как AMPK, PI3K/AKT, MAPK и подавление AMP продукции. Гомология гена APLN у мыши, крысы и человека составляет 89—91%. Следует отметить, что некоторые формы апелина могут инактивироваться ангиотензинпревращающим ферментом 2-го типа (АПФ2) путем отщепления конечного аминокислотного остатка фенилаланина. Гены APLN и APJ экспрессируются в различных эмбриональных тканях, а также у взрослых. В число этих тканей входят сердце, эндотелий, легкие, жировая ткань, желудочно-кишечный тракт, клетки центральной нервной системы, молочная железа и плацента. Апелин может действовать как местный аутокринный/паракринный фактор и как гормон. В кровеносном русле определяются апелин-17, апелин-13, модифицированный пироглутамат-апелин-13 и в меньшей степени апелин-36. Установлено, что модифицированный пироглутамат-апелин-13 является основной формой этого гормона в человеческой плаценте. Функции апелина разнообразны и включают в себя стимуляцию ангиогенеза, вазодилатацию, гипотензивные эффекты, стимуляцию сократительной активности сердца, диуретический эффект, ответ на стресс, нейропротекцию, метаболизм глюкозы, регуляцию абсорбции в кишечнике и чувства сытости. Гиперосмолярность, дегидратация и гипоксия повышают уровень апелина в крови, тогда как голодание понижает этот уровень. На экспериментальных моделях животных и на человеке показана протективная роль апелина при сердечной недостаточности различного генеза, в том числе при аритмии [4], а также при таких респираторных заболеваниях, как легочная артериальная гипертензия, тромбоэмболия легочной артерии, острый респираторный дистресс-синдром, синдром обструктивного апноэ во сне, рак легких, отек легких, астма и хронические обструктивные заболевания легких [5]. Более того, учитывая гомологию между APJ и рецептором ангиотензина II типа (AT1), который является лигандом связывания для вируса SARS-CoV-2, вызывающего заболевание COVID-19, высказано предположение, что апелин или его агонисты могут иметь значение для лечения COVID-19 посредством подавления продукции АПФ2. Препараты апелина и его аналогов могут предотвращать острое повреждение легких, развитие осложнений со стороны сердечно-сосудистой системы и коагулопатию при COVID-19 [5].

Этот гормон участвует в патогенезе таких заболеваний, как сахарный диабет 2-го типа, ожирение, резистентность к инсулину, а также в регуляции гомеостаза и ангиогенеза в злокачественных опухолях. Более того, апелин относят к так называемым адипокинам, т.е. к факторам, регулирующим жировую ткань. К этой же группе относят лептин, адипонектин, резистин, висфатин, интерлейкин-6 и некоторые другие [6]. В экспериментальных исследованиях на грызунах показано, что апелинергическая система играет роль в контроле поведения, высвобождении гормонов гипофиза и регуляции циркадных ритмов. Экспрессия генов APLN и APJ у крыс обнаружена в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса [7]. Эти области головного мозга отвечают за регуляцию выброса гипофизарных гонадотропинов и связь эндокринной системы с пищевыми сигналами и регуляцией боли. У крыс введение в головной мозг апелина-13 через 30 мин значительно увеличивало концентрацию в крови адренокортикотропного гормона и кортикостерона и уменьшало уровни пролактина, лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов [8]. Показано также, что у пациентов с субклиническим гипотиреозом наблюдался низкий уровень апелина в крови, и назначение левотироксина натрия в течение 12 нед нормализовало такие важные показатели, как уровень тиреотропного гормона, свободного тироксина, гомоцистеина и апелина [9].

Установлено, что экспрессия апелина и APJ широко представлена в репродуктивных органах, например в яичниках женщины. Высокий уровень экспрессии этих двух белков наблюдается в клетках кумулюса, в лютеинизированных клетках гранулезы и клетках теки. На поверхности ооцитов человека, находящихся на различных этапах фолликулогенеза, также обнаружено присутствие APJ и апелина. Интересно, что у пациенток с синдромом поликистозных яичников уровень апелина в фолликулярной жидкости и синтез мРНК этого гормона в клетках гранулезы был выше, чем у здоровых женщин. При культивировании клеток гранулезы добавление инсулиноподобного фактора роста первого типа (ИПФР-1) увеличивало экспрессию APJ, а добавление рекомбинантного апелина увеличивало как базальный, так и ИПФР-1-индуцированный синтез половых стероидов. В то же время добавление антагониста APJ (ML221) нивелировало эти эффекты [10].

Интересные наблюдения сделаны на модели клеток кумулюса и муральной гранулезы фолликулов коровы. Выяснилось, что добавление апелина-13 и апелина-17 блокировало созревание ооцитов на стадии герминативного везикула, вероятно, через блокирование синтеза прогестерона в клетках кумулюса. В то же время добавление апелинов в культуру клеток муральной гранулезы отдельно или совместно с ИПФР-1 вызывало повышение уровня синтеза прогестерона, что говорит о различиях регуляции стероидогенеза в муральной гранулезе и клетках кумулюса [11]. Показано, что у коровы апелин и APJ играют важную роль в формировании желтого тела и процессе лютеолиза, причем апелин и его рецептор выявлены в гладкомышечных клетках интралютеальных артериол желтого тела [12]. Кроме того, апелин является антиапоптотическим фактором в яичнике млекопитающих, действуя через повышение местного синтеза оксида азота и вазодилатацию [13].

С помощью иммуногистохимического анализа показано присутствие апелина в эндометрии человека, а также в очагах эндометриоза. Концентрация апелина увеличивалась в секреторной фазе менструального цикла и уменьшалась в пролиферативной фазе как в эутопическом, так и в эктопическом эндометрии. Кроме того, апелин вызывает эндотелийзависимую вазодилатацию путем запуска выделения оксида азота и является мощным ангиогенным фактором и хемоаттрактантом для миграции эндотелиальных клеток и формирования сосудов в очагах эндометриоза [14].

Из всех тканей человеческого организма наибольший уровень экспрессии гена апелина наблюдается в плаценте. Апелин и APJ обнаружены в таких клетках плаценты, как цитотрофобласт, синцитиотрофобласт, в эндотелии, а также в гладкомышечных клетках артериол плода [15].

Апелин участвует в процессах вазодилатации, поддерживает сосудистый тонус плаценты, а также участвует в обмене кислородом и питательными веществами между материнским организмом и плодом. На модели с использованием грызунов показано, что введение апелина-13 увеличивало трансплацентарный транспорт глюкозы от матери к плоду, причем без увеличения уровня экспрессии обычных переносчиков глюкозы GLUT1 и GLUT3 [16]. На основании этого исследователи сделали вывод, что этот эффект происходит за счет вазодилатации в плаценте. В экспериментальной модели на крысах показано, что введение апелина значительно уменьшало признаки преэклампсии путем активации эндотелиальной NO-синтетазы [17]. Исследования показали, что уровень апелина в крови матери и плода резко падает после родов, что может говорить о плаценте как ведущем источнике синтеза апелина во время беременности у человека [18]. Высокий уровень АПФ2 в плаценте влияет на метаболизм этого гормона [19].

У человека при культивировании клеток плаценты, полученной от пациенток с преэклампсией и без таковой, показано, что добавление в культуру сосудосуживающего фактора ангиотензин II снижает высвобождение апелина, предполагая противоположное действие вазодилатации, связанной с активацией апелинеэргической системы и вазоконстрикции, вызываемой ренин-ангиотензиновой системой [20].

В настоящее время апелинергическая система рассматривается как важный регулятор органогенеза при эмбриональном развитии позвоночных. При этом исследователи столкнулись с парадоксом, когда мыши с выключенным геном APJ погибали в фетальном периоде из-за отсутствия сердца, а мыши с выключенной функцией гена апелина были фертильными, и у них не обнаружено проблем с формированием этого органа [21, 22]. Этот феномен потребовал дальнейших исследований, что в результате привело к открытию в 2003 г. альтернативного лиганда к APJ рецептору [22]. Ген этого лиганда получил название elabela, toddler, apela, он находится у человека на хромосоме 4q32.3 и кодирует белок, состоящий из 54 аминокислот, который в последующем образует активные формы, состоящие из соответствующего количества аминокислот: elabela-32, elabela-22, elabela-21 и elabela-11 [23]. Генетическая последовательность elabela является консервативной у позвоночных. Ген elabela обычно экспрессируется в эмбриональном периоде в плаценте, а также в предстательной железе, почках, коже, мочевом пузыре и тонком кишечнике [24]. Доказано, что elabela в раннем эмбриональном периоде отвечает за самовозобновление эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) путем активации пути PI3k/Akt/mTORC1, который участвует в трансляции белка и регуляции клеточного цикла, причем экспрессия elabela совпадает с экспрессией Oct-4, фактора, определяющего тотипотентность ЭСК [25]. Высказано мнение, что именно действие elabela вызывает удвоение внутренней клеточной массы в бластоцистах человека, что приводит к возникновению однояйцевых двоен [26]. Следует отметить, что на ранней стадии развития эмбриона на клетках не обнаружен рецептор APJ. Это позволило сделать вывод, что на данной стадии развития elabela может действовать через другой неизвестный рецептор [25]. Рецептор APJ появляется на клетках первичной мезодермы, и именно elabela воздействует на этот рецептор и участвует в процессах миграции и дифференцировки. Наиболее значительный вклад elabela вносит в процесс васкулогенеза, т.е. дифференцировки ангиобластов, и формирования первичной сосудистой сети эмбриона. Этот гормон участвует в формировании сердца и костей [27]. Вместе с тем апелин начинает принимать участие в процессах формирования плода позже, участвуя в ангиогенезе на основе уже сформировавшихся сосудов. Так, например, у новорожденных мышей с выключенной функцией апелина наблюдается выраженная ретинопатия [28], а у недоношенных новорожденных с ретинопатией — сниженный уровень апелина в пуповинной крови [29]. При дальнейшем развитии эмбриона апелинергическая система играет значительную роль в контроле гомеостаза глюкозы во время беременности и раннем постнатальном периоде [30].

Регуляция elabela в плаценте носит характер, отличный от регуляции апелина. Elabela определяется на клетках трофобласта, и экспрессия данного фактора резко увеличивается в начале формирования плаценты. В середине беременности elabela определяется в клетках синцитиотрофобласта и цитотрофобласта и через рецепторы APJ воздействует на образование сосудистой сети плаценты. На модели культуры клеток хорионкарциномы человека, которые имеют происхождение из клеток трофобласта, показано, что добавление elabela увеличивает их инвазивность, что может говорить об участии апелинергической системы в инвазии в миометрий [31].

Проведенные исследования показали, что мыши с выключенной функцией гена elabela имеют значительные дефекты при формировании плаценты. Эти дефекты состоят в уменьшении размера и нарушении структуры плаценты, слабом выражении или отсутствии лабиринта, разветвлении ангиогенных отростков. Более того, такие мыши имели выраженные признаки, характерные для преэклампсии человека, — повышенное кровяное давление, протеинурию и гломерулярный эндотелиоз. Таким образом, исследователи сделали вывод о ведущей роли дефицита elabela в развитии этого грозного осложнения беременности. Авторы подчеркивают, что мыши с выключенной функцией апелина не имеют описанных выше дефектов плаценты. Более того, подкожные инъекции экзогенного белка elabela дефицитным по этому фактору беременным мышам нормализуют уровень кровяного давления и устраняют протеинурию. Эти данные говорят о ведущей роли elabela в васкуляризации плаценты и возникновении осложнений беременности [31]. Таким образом, апелин в плаценте отвечает за вазодилатацию и обмен веществ между матерью и плодом, тогда как elabela — за образование сосудов.

Учитывая важную роль elabela в формировании сосудов в плаценте и возникновении преэклампсии у мышей, исследователи предприняли попытки изучения роли этого фактора у человека. При сравнении уровней мРНК elabela и APJ рецептора в плаценте, полученной при родах в сроке 40 нед, не выявлены статистически значимые различия у пациенток с клиническими признаками преэклампсии и без таковых. Те же авторы при сравнении уровней elabela-32 в крови женщин при беременности в сроке 28 нед не выявили статистически значимых различий у пациенток с преэклампсией и без таковой, 28,5±14,5 и 20,5±12,1 нг/мл соответственно [32]. При исследовании уровней elabela-21 и -32 в крови пациенток с преэклампсией и без таковой при беременности в сроке 24—25 нед не выявлено различий в уровне этих гормонов — 11,9±10,8 и 8,71±7,7 нг/мл соответственно [33]. Следует отметить, что преэклампсия делится на раннюю (<34 нед беременности) и позднюю (>34 нед беременности), причем последний вариант заболевания встречается чаще. При изучении уровня elabela-32 в крови у беременных с ранним и поздним началом преэклампсии по сравнению со здоровыми беременными выяснилось, что при ранней преэклампсии уровни этого гормона, измеренные в сроке беременности 30 нед по сравнению с контролем статистически значимо не различаются — 6,09±1,96 и 4,02±1,06 нг/мл соответственно. Однако при исследовании пациенток с поздним началом преэклампсии показано, что уровень этого гормона, измеренного в сроке 37 нед, значительно превышает уровни, измеренные у здоровых беременных, — 7,99±2,05 и 4,17±2,16 нг/мл соответственно [34]. В недавно опубликованных результатах исследования также отмечено, что у пациенток с поздним началом преэклампсии (>34 нед беременности) в среднем уровень elabela был выше — 8,43 нг/мл (IQR 5,57—14,45 нг/мл) по сравнению с таковым у здоровых беременных — 3,95 нг/мл (IQR 2,65—10,39 нг/мл) [35].

Данные о роли апелина и APJ рецептора у пациенток с преэклампсией также являются противоречивыми. Показано, что уровни мРНК апелина в плаценте у пациенток с ранней и поздней преэклампсией снижены, тогда как уровни мРНК APJ рецептора также снижены у пациенток с ранним началом преэклампсии, в то же время у пациенток с поздней преэклампсией эти уровни находятся в пределах нормы или повышены [15, 36]. Таким образом, определение роли elabela, апелина и APJ рецептора в патогенезе преэклампсии является областью дальнейших исследований.

Предприняты попытки связать такое осложнение беременности, как сахарный диабет беременных, и функцию апелинергической системы. Известно, что у пациентов с диабетом 2-го типа наблюдается высокий уровень апелина в крови (апелинемия), что отражает нарушения метаболизма глюкозы и инсулиновую резистентность [37]. Однако у пациенток с сахарным диабетом беременных не обнаружено повышения уровня апелина, хотя отмечено его понижение в пуповинной крови [38—40].

Открытие гормона апелина, рецептора к этому гормону APJ, а также альтернативного лиганда к этому гормону elabela позволило обнаружить новые механизмы, задействованные в регуляции формирования сердечно-сосудистой системы, васкуляризации внутренних органов, метаболизме, нейрорегуляции. В репродуктивной функции апелинергическая система участвует на ранних стадиях эмбриогенеза, а также в формировании плаценты и механизмах развития гипертензивных синдромов (преэклампсии и др.). Изучение этой системы необходимо для понимания механизмов развития ряда заболеваний человека и, возможно, создания новых лекарственных препаратов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.