Введение
Открытие эндогенных лигандов толл-подобных рецепторов (ТПР) сделало актуальным вопрос об их возможной роли в индукции и поддержании как воспаления, так и других патологических процессов при преэклампсии (ПЭ). Оказалось, что ТПР способны распознавать не только экзогенные — молекулярные паттерны, связанные с патогенами (Pathogen-associated molecular pattern — PAMP), но и эндогенные молекулярные паттерны, связанные с повреждением (Damage-associated molecular pattern — DAMP), или алармины, которые действуют подобно PAMP, влияя на иммунные и метаболические пути [1]. DAMP высвобождаются из поврежденных и стрессированных клеток, в том числе при гипоксии — важном компоненте патогенеза ПЭ. Гипоксия в утероплацентарном пространстве при ПЭ развивается из-за неадекватного ремоделирования спиральных артерий, обусловленного нарушенной миграцией и инвазией вневорсинчатого трофобласта. Гипоксия как неинфекционный стимул через гипоксия-индуцибельные факторы запускает ответ во врожденной иммунной системе, нарушая тем самым ее сопровождение нормальной беременности, связанное преимущественно с ответом, обусловленным Т-хелперами 2-го типа (Тх2).
Еще одним неотъемлемым компонентом ПЭ является воспаление, будучи по сути низкоуровневым воспалением (Low grade inflammation). Известно, что низкоуровневое воспаление способно запускать инсулинорезистентность при таких патологических процессах, как ожирение, сахарный диабет 2-го типа, атеросклероз. Появились данные, указывающие на то, что инсулинорезистентность как первичный фактор способна запускать воспаление [2].
Важными аларминами являются мочевая кислота (МК), резистин, фибриноген, аденозинтрифосфат (АТФ), интерлейкин-33 (IL-33), внеклеточный кальций. Первые три вещества действуют через ТПР-4 [3], АТФ — через пуринергические рецепторы, IL-33 — через свой специфический рецептор ST-2, внеклеточный кальций — через кальций-чувствительные рецепторы [4].
Цель исследования — изучить уровень некоторых аларминов в сыворотке крови у беременных при ПЭ как возможных индукторов воспаления и модуляторов инсулинового сигнала.
Материал и методы
Обследованы 148 женщин в III триместре беременности. Средний возраст 29,89±0,93 года. Женщины разделены на две группы. Контрольная группа — 67 соматически здоровых беременных с неотягощенным акушерско-гинекологическим анамнезом и физиологическим течением беременности. Основная группа — 81 беременная с ПЭ. Диагноз ПЭ устанавливали при сочетании повышенного уровня артериального давления (140/90 мм. рт.ст. и выше) и протеинурии (300 мг/сут и выше в суточной моче), не обусловленных заболеванием почек. Всем женщинам проведено комплексное клинико-лабораторное, ультразвуковое и допплерометрическое обследование.
В сыворотке крови женщин определяли уровень резистина с помощью набора Human Resistin ELISA («Mediagnost», Германия), уровень IL-33 — с помощью набора Human IL-33, platinum ELISA («Bender MedSystems GMbH», Австрия) в соответствии с рекомендациями производителей. Чувствительность первого набора была 0,012 нг/мл, второго — 0,2 пг/мл. Уровень АТФ определяли методом, описанным W. Lamprecht и соавт. [5], уровень МК — с использованием стандартных наборов («Biocon Limited», Индия) на биохимическом анализаторе Architect C 8000 («Abbott Laboratories», США). На этом же анализаторе определяли уровень глюкозы, кальция и другие биохимические показатели сыворотки крови. Уровень фибриногена в цитратной плазме определяли с помощью стандартных наборов Fibrinogen Reagent kit («Technoclone GmbH», Австрия) на коагулометре ACL ELITE Pro («Instrumentation Laboratory Co», Италия).
Статистическую обработку полученных данных проводили, вычисляя среднее арифметическое значение (M), ошибку среднего арифметического значения (m) и представляли в виде (M±m); различия между группами оценивали с помощью непараметрического U-критерия Манна—Уитни. Использовали программу Statistica, версию 10.0. Статистически значимыми считали результаты при p<0,05.
Результаты и обсуждение
Клинико-лабораторные данные беременных с ПЭ соответствовали показателям, характерным для этой патологии. В частности, наиболее важными являются повышенный уровень артериального давления, протеинурия, пониженное количество тромбоцитов. Важными показателями в контексте рассматриваемой темы являются уровни глюкозы и кальция.
Как видно из рис. 1, уровень АТФ в сыворотке крови беременных с ПЭ повышен в 1,6 раза по сравнению с таковым у женщин с физиологически протекающей беременностью. Индивидуальные показатели концентрации АТФ при ПЭ были более гетерогенными, чем у исследуемых контрольной группы. Повышение уровня АТФ при ПЭ можно объяснить тем, что гипоксия стимулирует высвобождение АТФ, что в этих условиях способствует расширению сосудов. Вторым возможным механизмом этого повышения может быть то, что все PAMP и DAMP индуцируют высвобождение АТФ из моноцитов за счет активации пуринергических P2X7 рецепторов [6]. Можно предположить, что АТФ высвобождается и из плаценты, в которой также есть P2X7 рецепторы. Такую гипотезу пока никто не выдвигал, но она имеет полное право на существование. Параллельно отметим, что АТФ является классическим активатором NLRP3 инфламмасом. В результате индуцируется воспаление — важный компонент патогенеза ПЭ.
Рис. 1. Уровень АТФ (1, 2) и мочевой кислоты (3, 4) у женщин с физиологически протекающей беременностью (1, 3) и у беременных с преэклампсией (2, 4).
xx — p<0,01 по сравнению с контрольной группой.
Fig. 1. The level of ATP (1, 2) and uric acid (3, 4) in the control (1, 3) and preeclampsia (2, 4).
xx — p<0.01 compared to the control.
Уровень МК в сыворотке крови у беременных с ПЭ также повышался (см. рис. 1), и это увеличение четко связано с тяжестью заболевания. Так, при ПЭ средней степени тяжести уровень МК повышался примерно в 1,5 раза, а при тяжелой форме — в 2—3 раза. Повышение уровня МК вполне закономерно, так как АТФ является начальным продуктом пуринового обмена, на конечном этапе которого и образуется мочевая кислота.
Повышенный уровень АТФ при беременности способен индуцировать протеинурию — один из главных клинических признаков ПЭ. Поэтому адекватный метаболизм АТФ необходим для снижения ее неблагоприятного действия при беременности. Однако повышенный уровень внеклеточного АТФ на фоне повышенного уровня МК указывает, что выход АТФ из клеток превалирует над ее метаболизмом.
Нами зарегистрирован и следующий факт. Иногда при ПЭ уровень МК может быстро нарастать до 60—100 мкмоль/л/сут, это указывает на то, что в пуриновом обмене происходит «поломка» так называемых путей спасения АТФ, вызывающая выраженное ухудшение состояния матери. Ретроспективный анализ показал, что такое состояние становится показанием к оперативному родоразрешению, в 64% случаев — экстренному.
В плаценте обнаружена ксантиноксидаза, способная конвертировать гипоксантин в ксантин и ксантин в МК с образованием H2O2 и супероксидного аниона. Другими словами, при повышении уровня АТФ и образовании МК генерируется образование повышенного количества прооксидантов, способных индуцировать окислительный стресс в данном органе. Следует четко дифференцировать два состояния МК: 1) при нормальной концентрации МК является главным водорастворимым антиоксидантом; 2) при гиперурикемии она через уратные транспортеры попадает в клетку, индуцируя окислительный стресс [7].
При измерении уровня сывороточного резистина оказалось, что он повышается при ПЭ по сравнению с показателями при физиологически протекающей беременности (рис. 2) с минимальным и максимальным разбросом в контрольной группе 93—141 пг/мл и в основной — 83—160 пг/мл. Резистин является одним из факторов, повышающих инсулинорезистентность. Данные указывают на то, что тяжесть инсулинорезистентности при ПЭ нарастает. Уровень глюкозы у беременных с ПЭ статистически значимо не отличался от этого показателя у женщин контрольной группы, хотя имел тенденцию к повышению — (5,1±0,31) и (4,7±0,2) ммоль/л соответственно. Следует отметить, что в 32% случаев уровень глюкозы был выше референсных значений, в основном это наблюдалось при тяжелой ПЭ.
Рис. 2. Уровень резистина (1, 2) и IL-33 (3, 4, 5) у женщин с физиологически протекающей беременностью (1, 3) и у беременных с преэклампсией (2, 4, 5).
4 — преэклампсия средней степени тяжести; 5 — тяжелая форма преэклампсии; xx — p<0,01 по сравнению с контрольной группой.
Fig. 2. The level of resistin (1, 2) and interleukin-33 (3, 4, 5) in the control (1, 3) and preeclampsia (2, 4, 5).
4 — moderate preeclampsia; 5 — severe preeclampsia; xx — p<0.01 compared to the control.
Изменений в уровне IL-33 у пациенток с ПЭ не было. Данных об изучении IL-33 при ПЭ очень мало. В нашей стране это первое исследование. Роль IL-33 при ПЭ пока неизвестна. Можно предположить, что, являясь алармином, или сигналом опасности (danger signal), IL-33 задействован в патогенезе ПЭ, так как показана его важная роль в усилении острого повреждения почек [8]. Исходя из известных свойств IL-33, можно предполагать, почему его концентрация не изменяется при ПЭ. Во-первых, IL-33 преимущественно высвобождается во время некроза, так называемый некрокринный путь (necrocrine pathway) [9]. Во-вторых, IL-33 является субстратом для каспаз, активирующихся при апоптозе, в основном каспаз 3-го и 7-го типов [10], а как известно, при ПЭ повышается уровень апоптоза в плаценте. В-третьих, при ПЭ происходит повышение в сыворотке крови растворимого рецептора для IL-33 (ST-2). IL-33 вовлечен в поляризацию T-клеток по Тх2 пути, в то время как при ПЭ происходит переключение на ответ Тх1. Здесь же отметим, что IL-33 является негативным результатом ТПР-4 сигнала [11]. Другими словами, IL-33 является отрицательной петлей регуляции ТПР-4 сигнала, соответственно — развития воспаления и инсулинорезистентности. Отмечено повышение уровня фибриногена в крови беременных с ПЭ. Уровень фибриногена в крови женщин с физиологически протекающей беременностью составлял (4,0±0,12) г/л, а у беременных с ПЭ — (4,9±0,1) г/л (p<0,01), что является показателем активного воспалительного процесса при ПЭ. Так как фибриноген стимулирует воспаление через ТПР-4, уровень кальция в сыворотке крови имел тенденцию к снижению у исследуемых обеих групп — (2,3±0,1) ммоль/л у женщин контрольной группы и (2,02±0,07) ммоль/л у исследуемых основной группы (p<0,05). Индивидуальные показатели у беременных с ПЭ в 62,8% случаев были понижены по сравнению с показателями у женщин с физиологически протекающей беременностью. Следует отметить, что для более обоснованных выводов в отношении концентрации кальция необходимо дву- или трехкратное его измерение. В ходе этого четко выявляется зависимость — чем ближе к родоразрешению, тем более выражено снижение уровня кальция. С современных позиций, внеклеточный кальций является сигналом опасности, способствующим активации NLRP3 инфламмасомы [4], и вследствие этого усиливает воспаление за счет секреции IL-1β.
Исследователи выделяют АТФ и кальций как индуцированные активаторы инфламмасом. Полученные нами данные о повышении уровня АТФ и снижении уровня кальция, вероятно, указывают на преимущественную активацию инфламмасом АТФ. Таким образом, определение концентрации ряда аларминов, таких как АТФ, МК, резистин, фибриноген, IL-33, при ПЭ показало повышение уровня первых четырех без изменения уровня IL-33.
Таким образом, определение при ПЭ концентрации ряда аларминов, таких как АТФ, МК, резистина, фибриногена, IL-33, показало их неоднозначный ответ при этом осложнении беременности. Это имеет непосредственное отношение к патогенезу ПЭ и конкретно к индукции и поддержанию воспаления при данной патологии. Во-первых, за счет того, что при ПЭ в плаценте повышается экспрессия ТПР-4 [12], уровень экспрессии ТПР-4 при ПЭ почти в 2 раза выше, чем в нормальной плаценте [13]. Отметим, что МК, резистин и фибриноген являются эндогенными лигандами ТПР-4. Повышение уровня лигандов индуцирует повышенную экспрессию толл-подобных рецепторов. Связь между сверхэкспрессией ТПР-4 и воспалением является доказанным фактом.
Во-вторых, следствием активации ТПР-4 является ухудшение инсулинового сигнала [14], которое способствует развитию инсулинорезистентности. Наличие инсулинорезистентности в ткани плаценты при ПЭ показано M. Scioscia и соавт. [15]. В пользу этого говорят и наши данные о повышении резистина в сыворотке крови при ПЭ, который синтезируется плацентой, и данные H. Seol и соавт. [16]. В экспериментах на животных показано, что введение резистина способно вызывать как артериальную гипертензию, так и инсулинорезистентность. Этот эффект реализуется через ТПР-4 [17]. Животные с нокаутом гена ТПР-4 (–/–) после индукции артериальной гипертензии имеют более низкий уровень артериального давления, чем в контроле, и этот эффект связан с сократительной активностью артерий [1].
Другим важным фактором угнетения инсулинового сигнала может быть повышенный уровень МК, зарегистрированный нами при ПЭ. Известно, что высокий уровень МК прямо ингибирует инсулиновый сигнал и индуцирует инсулинорезистентность [18]. Показано, что инсулинорезистентность под влиянием гиперурикемии развивается в печени, мышцах и жировой ткани. Одним из механизмов, за счет которого МК ухудшает инсулиновый сигнал, является усиление связывания эктонуклеотидпирофосфатазы/фосфодиэстеразы 1-го типа со 2-й субъединицей инсулинового рецептора [19].
Известно, что при нормально протекающей беременности развивается инсулинорезистентность с пиком в III триместре. Ее физиологическое значение заключается в том, чтобы за счет повышения инсулинорезистентности у матери перенаправить поток глюкозы через плаценту к плоду. Эту форму инсулинорезистентности относят к физиологической [20]. На фоне физиологической инсулинорезистентности при ПЭ индуцируется в плаценте уже патологическая, локальная форма инсулинорезистентности. Вопрос в такой плоскости пока не ставился, однако эти процессы имеют значение не только для патологии беременности, но и для развития таких заболеваний, как артериальная гипертензия, ожирение, сахарный диабет 2-го типа, рак молочной железы, в патогенезе которых инсулинорезистентность играет важную роль.
Функциональная роль развития инсулинорезистентности в плаценте при ПЭ неизвестна. Однако можно предположить, что инсулинорезистентность защищает плаценту от повышенного окислительного стресса [21], наблюдаемого при данной патологии. Развитие инсулинорезистентности в ткани плаценты при ПЭ можно рассматривать как элемент метаболического репрограммирования [22], направленного на снижение потребления кислорода в условиях гипоксии.
На основе полученных результатов и данных литературы, мы предлагаем схему развития инсулинорезистентности в плаценте при ПЭ (рис. 3).
Рис. 3. Возможная схема индукции воспаления, нарушения прохождения инсулинового сигнала и возникновения инсулинорезистентности в плаценте при преэклампсии.
Fig. 3. A possible scheme for the induction of inflammation of the violation of the passage of the insulin signal and the occurrence of insulin resistance in the placenta in preeclampsia.
Повышенный уровень эндогенных лигандов ТПР-4 индуцирует в плаценте повышение экспрессии ТПР-4, что ведет к активации ядерного фактора каппа B (NFkB), инфламмасом и индукции воспаления. Активация NFkB ведет к наработке про-IL-1β, который конвертируется с помощью каспазы 1-го типа в активный IL-1β, запускающий воспаление. Все остальные элементы воспаления — окислительный стресс, фактор некроза опухоли альфа, IL-6 нарушают прохождение инсулинового сигнала, образуя локальную форму инсулинорезистентности в плаценте. В противоположность этому IL-33 ослабляет как воспаление, так и инсулинорезистентность [11]. Развитие инсулинорезистентности в плаценте при ПЭ имеет еще один негативный аспект — уже для плода, так как нарушение прохождения инсулинового сигнала ухудшает вазодилатирующее действие инсулина [14].
Заключение
Полученные данные об изменении уровня аларминов при преэклампсии указывают на их участие в механизме индукции как воспаления, так и инсулинорезистентности при данном осложнении беременности. Различные алармины, вероятно, выполняют при этом разные функции. Алармины с провоспалительной направленностью могут усиливать, а с противовоспалительной активностью — ослаблять воспаление и инсулинорезистентность в плаценте.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Щербаков В.И., Поздняков И.М., Ширинская А.В.
Сбор и обработка материала — Щербаков В.И., Поздняков И.М., Ширинская А.В.
Статистический анализ данных — Щербаков В.И., Поздняков И.М., Ширинская А.В.
Написание текста — Щербаков В.И., Поздняков И.М., Ширинская А.В.
Редактирование — Щербаков В.И., Поздняков И.М., Ширинская А.В.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.
Финансирование. Исследование проведено без спонсорской поддержки.