Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Прокопенко В.М.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта», Санкт-Петербург, Россия

Применение протеомного анализа в акушерстве (первые результаты исследований)

Авторы:

Прокопенко В.М.

Подробнее об авторах

Журнал: Российский вестник акушера-гинеколога. 2016;16(1): 28‑32

Просмотров: 332

Загрузок: 7

Как цитировать:

Прокопенко В.М. Применение протеомного анализа в акушерстве (первые результаты исследований). Российский вестник акушера-гинеколога. 2016;16(1):28‑32.
Prokopenko VM. Use of proteomic analysis in obstetrics: First results of investigations. Russian Bulletin of Obstetrician-Gynecologist. 2016;16(1):28‑32. (In Russ.).
https://doi.org/10.17116/rosakush201616128-32

?>

Протеомика — это новое направление научных исследований, которое изучает качественный и количественный состав, модификации и структурно-функциональные свойства белков и их комплексов. Развитие протеомики стало возможным после расшифровки структуры геномов и создания геномных карт живых объектов, включая человека. Оказалось, что число кодируемых в геноме человека белков в несколько раз больше, чем генов. Многообразие белков обусловлено наличием сложно регулируемых процессов (процессинг мРНК и белка), посттрансляционными модификациями белка (фосфорилирование, метилирование, ацетилирование, убиквитинирование, гликозилирование, окисление, нитрозилирование). В настоящее время методы протеомного анализа биологических объектов опираются на современные высокотехнологичные подходы молекулярной биологии в медицине. Первый этап исследования связан с высокочувствительным двухмерным электрофорезом в полиакриламидном геле, который позволяет разделять белки по молекулярной массе и изоэлектрической точке. Второй этап связан с анализом электрофореграммных пятен, ассоциируемых с белковыми фракциями. Третий этап — с идентификацией индивидуальных пептидов с помощью масс-спектрометрии. Современные технологии протеомного анализа позволяют проанализировать несколько тысяч белков в одном образце и выявить изменения их концентраций. Протеомика, будучи фундаментальной наукой, незаменима при решении ряда медицинских и прикладных научных задач. В последние годы протеомика активно развивается во всем мире и достигла впечатляющих успехов в области протеомной диагностики ряда заболеваний, включая наиболее распространенные формы рака: рак яичника [1, 2], желудка [3], простаты [4], заболевания сердечно-сосудистой системы [5, 6].

В последнее время протеомный анализ стал использоваться в акушерстве в качестве важного инструмента для выявления возможных биомаркеров осложнений беременности на ранних этапах, для оценки эффективности лечения и для понимания патофизиологии заболеваний. Белки, которые реализуют информационную программу в женском организме, играют ключевую роль во всех процессах, происходящих в системе мать—плацента—плод. При нарушении процессов гомеостаза и развитии акушерской патологии в протеоме (в системе всех белков) наступают изменения, которые выражаются в появлении или исчезновении отдельных белковых фракций [7].

В статье представлены первые немногочисленные данные литературы, которые позволили выявить изменения в составе белковых комплексов при преждевременных родах, гестозе, внутриутробной задержке роста плода в амниотической жидкости, материнской и пуповинной крови, трофобласте плаценты, отделяемом из шейки матки и содержимом влагалища как для физиологической, так и для осложненной беременности. Следует отметить, что работы, позволившие с помощью протеомного анализа определить возможные маркеры осложнений беременности, на данном этапе исследований единичны.

Как известно, преэклампсия (ПЭ) занимает одно из ведущих мест среди проблем современного акушерства. В структуре причин материнской смертности она стабильно находится на третьем месте, выступая основной причиной перинатальной смертности (до 30%) и перинатальной заболеваемости (от 64 до 78%) [8]. ПЭ является многоступенчатой системой осложнений беременности, быстро прогрессирует и диагностируется во второй половине беременности, когда у женщины развиваются артериальная гипертензия и протеинурия. Точная этиология и патогенетические звенья ПЭ неизвестны. Независимо от причин, приводящих к этому осложнению беременности, нет сомнений в том, что плацента играет важную роль в его патогенезе у беременных. В отличие от физиологической беременности проникновение маточных артерий в цитотрофобластные клетки при ПЭ нарушено, что приводит к плацентарной гипоксии и уменьшению плацентарного кровотока [9]. Несмотря на ведущую роль плаценты в период беременности, информация о протеомном спектре плаценты и его изменениях при ПЭ весьма малочисленна и относится преимущественно к тяжелой форме этого осложнения. Большинство исследователей, чтобы уменьшить сложность анализа тканевых образцов, предпочитают работать на модельных системах, представленных определенными клетками плаценты. Так, исследовали протеомные спектры изолированных цитотрофобластов плаценты человека, которые культивировали в присутствии высоких концентраций нейрокинина В [9]. Нейрокинин В секретируется плацентой в аномально больших количествах при тяжелой преэклампсии (ТПЭ) и может быть медиатором некоторых патофизиологических особенностей осложнения беременности. Результаты протеомного анализа показали снижение экспрессии 20 белков. Среди них уменьшалось содержание таких важных белков антиоксидантной защиты, как тиоредоксин и пероксиредоксин-5. Отмечалось уменьшение содержания белков цитокератина-1 и аннексина-11, участвующих в процессах внутрисосудистого свертывания. Обнаружено уменьшение содержания кофилина-1 — белка, обладающего антибактериальной активностью [9]. В другом исследовании использовали клетки линии BeWo, выделенные из плаценты человека. В присутствии форсколина клетки BeWo дифференцируются и переходят от цитотрофобластного фенотипа к синцитиотрофобластному. В качестве модели ТПЭ была использована клеточная линия BeWo, на которой изучали влияние гипоксии на экспрессию белков. В условиях гипоксии помимо ингибирования дифференциации клеток наблюдались изменения в экспрессии 20 белков, в том числе тех, которые являются ключевыми компонентами в модуляции клеточного окислительного стресса, в гликолизе, в контроле клеточного цикла и передаче клеточного сигнала. Только некоторые из этих 20 белков, как было показано, связаны с влиянием гипоксии на трофобласт. Впервые авторы обнаружили усиление при гипоксии экспрессии аннексинов А2 и А5 в клетках BeWo синцитиотрофобластного фенотипа. Анексины А2 и А5 имеют большое значение для выживания и роста аксонов при развитии корковых нейронов и защищают нейроны от гипоксии [10, 11]. Важная информация о спектре белков и его изменениях при ТПЭ была получена B. Gharesi-Fard и соавт. [12] на целой ткани плаценты. Результаты данного исследования показали, что различия наблюдаются у белков, принадлежащих разным функциональным классам, включая белки антиоксидантной защиты (Cu/Zn-супероксиддисмутаза-1, пероксиредоксин-2 и -3), транспортные белки (аполипопротеин АI), белки цитоскелета (актин-γ1-пропептид). Среди 11 обнаруженных белков 9 были известны из более ранних работ, выполненных на плацентарных клеточных линиях. При исследовании целой плаценты авторами впервые была выявлена повышенная экспрессия таких плацентарных белков, как аполипопротеин АI и транстиретин (transthyretin — TTR). Избыточная экспрессия аполипопротеина АI в плаценте у женщин с ТПЭ может привести, по мнению ряда авторов, к дисфункции эндотелия [13]. Повышенная экспрессия ТТR рассматривается как механизм компенсации дефицита тиреоидных гормонов и оптимального обеспечения гормонами развивающегося эмбриона. Протеомный анализ позволил выявить 7 белков с более низкой экспрессией при ТПЭ по сравнению с плацентой у женщин с нормальным артериальным давлением. Стоит отметить, что в этой работе впервые сообщается о снижении экспрессии еноил-КоА-гидратазы и предшественника белка теплового шока HSPgp96 и белка Hsc 70 в плаценте при ТПЭ.

Оксид азота, как известно, играет одну из ключевых ролей в дисфункции плаценты и развитии ПЭ у беременных. S-нитрозилирование (SNO) — основной путь модуляции функций белка оксидом азота. Анализ нитрозилированного белкового профиля в плаценте человека позволил определить 46 белков, из которых 8 являлись неизвестными SNO-белками. При ТПЭ экспрессия 15 нитрозилированных белков была увеличена, 6 — снижена, а экспрессия остальных не изменилась по сравнению с таковой нормотензивной плаценты [14]. Сопоставление протеомных профилей плаценты при физиологической беременности и беременности, осложненной ПЭ, выявило как качественные, так и количественные изменения в составе белков. Идентифицированы белки различной клеточной и субклеточной локализации. Среди идентифицированных экспрессируемых белков плаценты особое место занимают белки, ответственные за дифференцировку, пролиферацию клеток, апоптоз, а также белки, обладающие антиоксидантными свойствами, функциями шаперонов и трансдукторов клеточной организации.

Изучение протеомного состава амниотической жидкости при беременности, осложненной ПЭ, выявило отсутствие 10 белков, из которых идентифицированы 5: НАДФН-зависимая карбоксилредуктаза-3, эпидермальный белок, связывающий жирные кислоты, гаптоглобин, кальгранулины, А и В. Как известно, НАДФН-зависимая карбоксилредуктаза принимает участие в регуляции окислительно-восстановительных реакций и энергетического обмена. Модификации экспрессии этого фермента могут привести к нарушениям окислительно-восстановительных процессов, которые необходимы в обеспечении нормального течения беременности и развития плода. Амниотическая жидкость при ПЭ в отличие от околоплодных вод при физиологической беременности содержит 7 дополнительных белков, среди них С-участок каппа-цепи иммуноглобулина, супрессор-1 метастазирования рака молочной железы, белок-1, содержащий AIG-подобный домен [7]. Дополнительные белки в амниотической жидкости у женщин с ПЭ, вероятно, также имеют патогенетическое значение в развитии осложненного течения беременности. Так, супрессор-1 метастазирования рака молочной железы репрессирует ген ядерного фактора NF-kB, ответственного за экспрессию антиапоптозных факторов, цитокинов и их рецепторов, ангиогенных факторов роста, ферментов циклооксигеназы и NO-синтазы [15]. Снижение продукции этих биорегуляторов может вызвать запуск программы апоптоза, накопление активных форм кислорода и развитие окислительного стресса. В околоплодных водах беременных с ТПЭ наблюдается значительное увеличение количества мономерных форм белка ТТR. Этот белок ответственен за транспортировку гормона тироксина и связывание ретинола. Поскольку мономерные формы ТТR — это результат различных окислительных реакций, авторы считают, что интенсивность окислительного стресса у женщин с ТПЭ является основным дестабилизирующим фактором для функциональных ТТR-димерных форм [16].

Еще одним информативным критерием, позволяющим оценить механизмы нарушения молекулярных процессов при беременности, осложненной ПЭ, служат изменения в составе белков сыворотки крови и мочи у женщин. Анализ белкового состава сыворотки крови женщин в ранние сроки беременности с клиническими проявлениями ПЭ разной степени тяжести и женщин без таковых выявил четкие различия в протеомном профиле. Так, в сыворотке крови женщин с ПЭ наиболее значимыми были белки фибронектин, паппализин-2, хориогонадотропин-β, аполипопротеин С-III, цистатин-С, эндоглин и рецептор-1 фактора роста эндотелия сосудов. У женщин без клинических признаков ПЭ в ранние сроки беременности наиболее выраженному изменению в сыворотке крови подвергались плацентарные белки, белки острой фазы, транспортные белки. Авторы пришли к выводу, что изменения в экспрессии ангиогенных и плацентарных белков в сыворотке крови широко распространены у женщин с клиническими признаками П.Э. Протеомный профиль сыворотки крови беременных без клинических признаков ПЭ отличается от такового у беременных с клинически выраженными проявлениями этого осложнения [17]. Ретроспективное исследование образцов мочи у 284 женщин было проведено для анализа протеомных карт, характерных для ТПЭ, с целью разработки диагностического алгоритма, позволяющего выявить высокие и низкие риски развития осложнений беременности. Выяснено, что протеомная карта мочи у женщин с ТПЭ уникальна и позволяет прогнозировать развитие ТПЭ с высокой степенью точности за 10 нед до начала клинических проявлений. Более того, характерный белковый профиль мочи позволяет отличить ТПЭ беременных от других гипертонических расстройств во время беременности. Использование методов секвенирования и масс-спектрометрии позволило выявить специфическое расщепление продуктов серпина-1 (serpina-1) и альбумина. Наличие С-конца фрагмента серпина-1, состоящего из 21 аминокислоты, связано с тяжелейшими формами ПЭ, требующими срочной госпитализации. Увеличение иммунореактивности серпина-1 обнаружено не только в моче, но и в сыворотке и плаценте. В плаценте белок локализован преимущественно в плацентарных ворсинах и в эндотелии сосудов плаценты. Исключительно в плаценте женщин с ТПЭ выявлены значительные васкулярные отложения неправильно упакованных агрегатов серпина-1 [18].

Анализ данных литературы позволяет заключить, что развитие ПЭ происходит на фоне изменения продукции белков, относящихся к разным функциональным классам. Эти изменения, по-видимому, имеют патогенетическое значение в формировании такого осложнения беременности, как ПЭ.

Спонтанные преждевременные роды (СПР) являются серьезной проблемой в современном акушерстве и играют одну из ведущих ролей в перинатальной заболеваемости и смертности. В снижении темпов СПР используемые на практике такие традиционные методы, как акушерский анамнез и клинические факторы риска, мониторинг активности матки, биохимические маркеры для обследования женщин с риском СПР оказались не столь эффективными. В настоящее время понимание молекулярных механизмов СПР недостаточно, чтобы надежно диагностировать или рационально вмешиваться в ведение СПР. Раннее выявление женщин группы риска с использованием надежных биомаркеров могло бы снять эту проблему акушерства. В существующей литературе опубликованы результаты единичных исследований, в которых была предпринята попытка выявления ранних биомаркеров СПР с помощью протеомного анализа. Показано, что у женщин с одноплодной беременностью сроком 22—36 нед с симптомами преждевременных родов и без изменений шейки матки в отделяемом из цервикального канала и вагинальном содержимом была значительно изменена экспрессия альбумина и витамин D-связывающего белка (VDBP). Выяснено, что в прогнозировании СПР в течение 7 дней использование двойной модели биомаркеров альбумина и VDBP более эффективно, чем определение фибронектина. Прогностическая ценность положительного результата теста на маркер альбумин/VDBP составляет 100%, чувствительность — 77,8%, специфичность — 100% (n=109) [19]. Сопоставление белкового состава сыворотки крови в сроки 19—24 и 28—32 нед у беременных женщин с СПР (<34 нед) и физиологической беременностью, завершившейся родами в срок, выявило отличия по 31 белку. Концентрация одного из белков, серпина В7 — в пробах сыворотки, взятой в срок 28—32 нед, была выше в среднем в 1,5 раза у женщин с последующими СПР по сравнению с контрольным вариантом. Единственного исследования для оценки негативного последствия повышенной концентрации серпина В7 в сыворотке крови беременных недостаточно, и целесообразна проверка полученных результатов на больших выборках [20]. Интересна работа M. Esplin и соавт. [21], в которой для выявления в сыворотке крови ранних маркеров СПР были обследованы 80 женщин. Авторы показали, что экспрессия трех пептидов сыворотки крови женщин в сроке 24—28 нед, резко снижена у женщин с СПР. Эти три специфических пептида являются фрагментами общего предшественника, который называется «между альфа-ингибитором трипсина тяжелой цепи 4 (ITIH4)». Известно, что экспрессия этого белка увеличивается при воспалительных состояниях, но неясны функции этого белка и его фрагментов, в том числе наличие у него и его фрагментов биологической активности. Один из выявленных фрагментов охарактеризован как окисленный метионин. Сообщение о связи «между ITIH4», его фрагментами и СПР, является приоритетным, и авторы полагают, что обнаруженные пептидные фрагменты могут быть информативными биомаркерами, позволяющими выявить в ранние сроки беременности женщин с предрасположенностью к СПР [21].

В хориодецидуальной ткани беременных до появления клинической картины, характерной для преждевременных родов, наблюдается на протяжении беременности усиление экспрессии белков остеоглицина и компонента рецептора прогестерона-2 (PGRMC2). Активация этих белков отмечается и во время преждевременных родов. Белки галектин-1, аннексин-3, аннексин-5 и фермент дисульфодиизомераза активируются только в момент преждевременных родов, что свидетельствует об их связи с этой патологией [22]. Следует отметить, что представленные результаты — это новые данные, которые требуют дальнейших исследований для выяснения причинно-следственных связей белков с СПР на больших выборках.

Несмотря на успехи современного акушерства, среди основных акушерских осложнений, приводящих к перинатальной заболеваемости и смертности, важное место занимает задержка внутриутробного роста плода (ЗВУР). Одним из информативных критериев, позволяющих оценить состояние плода на протяжении беременности, может служить изменение в белковом составе амниотической жидкости. Исследования в этом направлении практически отсутствуют. Единственная работа по изучению динамики белкового спектра при ЗВУР плода была осуществлена отечественными исследователями [7]. Авторы показали, что в околоплодных водах женщин с ЗВУР плода во II триместре беременности отсутствуют 7 белков, характерных для аналогичного периода физиологической беременности и физиологического развития плода. Из них идентифицированы 3 белка: связывающий жирные кислоты эпидермальный белок, который участвует в регуляции трансмембранных процессов и клеточной дифференцировке, неферментативный антиоксидант гаптоглобин и антиоксидантный белок пероксиредоксин-2. Как полагают, нарушение синтеза этих антиоксидантов способствует усилению окислительных процессов и развитию окислительного стресса, имеющегося при ЗВУР плода на фоне плацентарной недостаточности [23]. Во II триместре при ЗВУР плода наряду с отсутствием в амниотической жидкости представленных выше белков выявлено появление 10 белков, отсутствующих в контрольной группе. Из 10 белков идентифицированы 3: гиппокальцин-подобный белок-1 (нейрокальцин дельта), СDC37-подобный белок и NKG2D лиганд-2. Экспрессия NKG2D лиганд-2 усиливает секрецию эмбриотоксических цитокинов и способна привести к активации апоптоза. В околоплодных водах, взятых во время родов, количество дополнительных белков снижается в 2 раза. Среди них 2 — СDC37-подобный белок и NKG2D лиганд-2 обнаружены при ЗВУР плода и во II триместре, тогда как нейрокальцин-дельта не выявлен в конце беременности. Количество отсутствующих белков при ЗВУР плода к моменту родов увеличивается. Кроме указанных белков, отличающихся во II триместре, выявлены транстиретин, кальгранулины, А и В, которые при ЗВУР плода не секретируются в околоплодные воды, хотя в норме в этот период обнаруживаются.

Резюмируя представленные данные, можно заключить, что развитие осложнений беременности происходит на фоне динамически изменяющегося набора белков, среди которых важное место занимают белки, имеющие клиническое значение. Различия в протеомных спектрах, вероятно, определяют специфику развития акушерской патологии. Полученные первые результаты расширяют наши представления о молекулярных механизмах осложнений беременности, которые занимают лидирующее место в структуре материнской и перинатальной заболеваемости. Выявленные отличия в спектрах белков биологических объектов (сыворотка, моча, амниотическая жидкость) могут быть использованы в качестве диагностических профилей при акушерских осложнениях.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail