Введение

Эндометрий является единственной тканью человеческого организма, которая подвергается таким ежемесячным структурным циклическим изменениям, как пролиферация, дифференцировка, а также отторжение и регенерация функционального слоя во время менструальной фазы [1]. Во время фаз десквамации и регенерации и пролиферативной фазы, с первого дня менструации до дня овуляции функциональный слой регенерирует из базального под действием эстрадиола. В секреторной фазе прогестерон индуцирует децидуализацию в эндометрии, что является решающим для имплантации эмбриона [2]. Эти структурные и функциональные изменения на клеточном и межклеточном уровнях четко регулируются внешними и внутренними факторами. Молекулярные реакции на гормональные раздражители модулируются на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях. Дисбаланс в клеточном и молекулярном гомеостазе эндометрия может приводить к развитию таких гинекологических заболеваний, как эндометриоз, повторные неудачи имплантации (ПНИ), а также рак эндометрия [3, 4].

МикроРНК представляют собой некодирующие малые РНК, состоящие из 21—25 нуклеотидов. Они модифицируют экспрессию около 60% белков на посттранскрипционном уровне [5]. В настоящее время выявлено 3000 микроРНК. Одна микроРНК может контролировать экспрессию нескольких матричных РНК (мРНК), в то время как одна мРНК может подвергаться действию нескольких микроРНК, что обеспечивает образование сложной сети кооперативной регуляции [6].

МикроРНК участвуют в широком спектре физиологических процессов, включая морфогенез, дифференцировку клеток, апоптоз, а также клеточный метаболизм [7]. Уровни экспрессии некоторых микроРНК связаны с рецептивностью эндометрия [8] и изменяются в зависимости от уровня прогестерона при контролируемой гиперстимуляции яичников [9]. Кроме того, описано участие микроРНК в патогенезе эндометриоза и рака эндометрия [10, 11]. Все это делает актуальным дальнейшее изучение данной темы для лучшего понимания патогенеза заболеваний эндометрия, а также для разработки новых методов их лечения.

Настоящий обзор литературы выполнен с целью критической оценки собранного материала. Авторами был проведен электронный поиск публикаций в базах данных PubMed и Science Direct Scopus. Условиями поиска было наличие ключевых слов miRNA, endometrium, endometriosis, recurrent implantation failure и endometrial cancer. Авторы независимо друг от друга проанализировали статьи, названия и аннотации которых были релевантны условиям поиска. Разногласия между авторами относительно приемлемости разрешали путем консенсуса. В поиск включали статьи и аннотации только на английском языке. В обзор включены исследования, опубликованные преимущественно за последние 15 лет. Анализу подвергали полные тексты статей и их аннотации.

Физиологическая функция микроРНК

МикроРНК представляют собой некодирующие РНК, состоящие примерно из 22 нуклеотидов. У млекопитающих они участвуют в посттранскрипционной регуляции экспрессии белка, организуются в кластеры и обладают единой системой регуляции [12]. МикроРНК транскрибируются из интронов генов, кодирующих белки, или из межгенных участков под действием РНК-полимеразы II и, реже, РНК-полимеразы III [13]. Зрелая микроРНК формируется в результате последовательных процессов. В ядре происходят транскрипция гена микроРНК и образование на базе первичных транскриптов, под действием фермента Drosha, предшественников микроРНК (пре-микроРНК) длиной 60—70 нуклеотидов. Пре-микроРНК активно экспортируются в цитоплазму клетки и расщепляются ферментом Dicer, который удаляет петлевую структуру с образованием зрелых дуплексов микроРНК. Затем фермент Dicer переносит образованные дуплексы микроРНК к белку Argonaute (AGO) — компоненту РНК-индуцированного комплекса выключения гена (RISC — RNA-induced silencing complex), который раскручивает дуплексы с образованием одноцепочечных продуктов микроРНК-5p и микроРНК-3p. Зрелая микроРНК интегрирована в RISC. Связанные микроРНК хранятся в цитоплазматических структурах и называются P-телами, из которых они либо высвобождаются под действием клеточных сигналов, либо разрушаются [14].

Биогенез микроРНК в клетках эндометрия регулируется физиопатологическим профилем клетки, микроокружением и факторами окружающей среды. Экспрессия зависит от однонуклеотидного полиморфизма, а эпигенетические модификации регулируют транскрипцию (метилирование или ацетилирование ДНК, модификации гистонов) и взаимодействия с РНК-связывающими белками, а также участвуют в созревании микроРНК [14].

МикроРНК характеризуются неточной комплементарностью к своей целевой мРНК [12]. Действие микроРНК видоизменяется в зависимости от целевого сайта связывания мРНК, при некоторых условиях микроРНК может активировать экспрессию генов [14]. Одна микроРНК может влиять на большое количество мРНК, тем самым регулируя экспрессию сотни белков [15]. В то же время одна мРНК также может оказывать влияние на различные микроРНК [14].

Методы идентификации микроРНК

МикроРНК могут быть выделены из широкого спектра тканей и биологических жидкостей организма [16]. Их качество и количество, доступное для анализа, зависят от методов консервации, а также от техники забора биологического материала [16].

В настоящее время доступно несколько методов идентификации микроРНК, включая электрохимические и потенциометрические технологии, Нозерн-блоттинг, плазмонный резонанс, секвенирование нового поколения, количественную ПЦР в реальном времени, NanoString, а также иммуноанализы. Все эти технологии имеют преимущества и недостатки, включая высокую чувствительность, что может явиться причиной аналитических ошибок [16].

Роль микроРНК в менструальном цикле

Во время пролиферативной фазы наблюдается прогрессирующий рост эндометрия, приводящий к его относительной гипертрофии. Эта регулярная регенерация функционального слоя эндометрия является результатом пролиферации и дифференцировки эпителиальных и стромальных стволовых клеток [17]. На молекулярном уровне регуляция пролиферации эндометрия очень сложна. Эстрадиол служит ключевым гормоном во время данной фазы, он регулирует экспрессию генов на транскрипционном уровне через ядерные рецепторы ERα и ERβ.

После овуляции под действием прогестерона эндометрий подвергается секреторной дифференцировке, называемой децидуализацией, характеризующейся морфологическими и молекулярными модификациями периваскулярных стромальных клеток и усиленным ангиогенезом. Указанные изменения включают в процессе приток иммунных клеток, ремоделирование сосудов, а также пролиферацию и дифференцировку стромальных фибробластов и железистых клеток [18]. Стромальные клетки эндометрия характеризуются отсутствием экспрессии эстрогеновых рецепторов (ЭР) и повышенной экспрессией прогестероновых рецепторов (ПР) [1]. Прогестерон играет основную роль в секреторной фазе, ингибируя эстроген-регулируемые пути, участвующие в пролиферации клеток и клеточном цикле. И, наоборот, он индуцирует факторы транскрипции, регулирующие пути проапоптотического и клеточного цикла [19]. Его функции опосредованы двумя основными изоформами ядерных ПР — PR-A и PR-B, которые имеют общую структуру [20]. Однако повышение экспрессии PR-A по отношению к таковой PR-B может ингибировать передачу сигналов прогестерона [21].

Влияние эстрогена и прогестерона на экспрессию микроРНК в эндометрии

Регуляция экспрессии микроРНК половыми гормонами может быть связана с модуляцией активности фермента Dicer и белка AGO [22]. Влияние стероидных половых гормонов на экспрессию микроРНК изучалось на животных моделях. A. Cohen и соавт. [23] в эксперименте установили, что эстроген-регулируемая экспрессия микроРНК является как клеточной, так и тканеспецифичной. Таким образом, результаты гормональной регуляции микроРНК не всегда могут быть экстраполированы на другие виды животных или ткани.

Воздействие эстрадиола на стромальные клетки эндометрия человека в культуре in vitro индуцировало повышение экспрессии микроРНК-181b и let-7e и снижение экспрессии микроРНК-R27b [24]. Аналогичным образом индукция экспрессии микроРНК-125b и микроРНК-133a наблюдалась в культуре клеток эндометрия человека in vitro, подвергшихся воздействию прогестерона [25]. Индукция экспрессии микроРНК-133a приводила к пролиферации эпителиальных клеток эндометрия [25].

In vivo было обнаружено, что экспрессия микроРНК-30b, микроРНК-125b, микроРНК-424 и микроРНК-451 в эндометрии у женщин с высоким уровнем прогестерона ниже, чем у женщин с низким уровнем прогестерона в крови в момент овуляции при контролируемой гиперстимуляции яичников в процессе экстракорпорального оплодотворения [9].

S. Kuokkanen и соавт. [26] идентифицировали 49 микроРНК, дифференциально экспрессируемых в средней стадии фазы секреции эндометрия. Среди микроРНК с повышенной экспрессией в средней стадии секреторной фазы наибольшие дифференциальные уровни экспрессии показали микроРНК-29b, микроРНК-29c, микроРНК-30b, микроРНК-30d, микроРНК-31, микроРНК-193a-3p, микроРНК-200c, микроРНК-203, микроРНК-204, микроРНК-210, микроРНК-345 и микроРНК-582-5p [26].

D. Cochrane и соавт. [27] показали, что пропролиферативное действие эстрогенов на профиль микроРНК характеризуется ингибированием опухолевых супрессоров и индукцией онкогенной микроРНК [27].

МикроРНК и имплантация эмбриона

Имплантация эмбриона является сложным процессом, в ходе которого устанавливается связь между эмбрионом и эндометрием. Этот процесс происходит в течение 4 дней, эта фаза называется рециптивной, или окном имплантации, и характеризуется прогестерон-индуцированной иммунной толерантностью, позволяющей эмбриону произвести аппозицию, адгезию и инвазию [1].

Успех имплантации эмбриона зависит от его качества, восприимчивости эндометрия, а также от взаимодействия эмбриона и матери. Сбалансированная экспрессия нескольких молекул, таких как цитокины, хемокины, факторы роста, липиды и рецепторы обеспечивается тонкой аутокринной, паракринной и юкстакринной регуляцией [28].

Наличие микроРНК в секрете матки, а также их секреция в культуральных средах позволяют предположить, что они играют определенную роль в процессе имплантации. МикроРНК, по-видимому, регулируют функцию матки, а также процесс развития эмбриона.

У мышей микроРНК-223-3p отвечает за снижение образования пиноподий [29] и вместе с микроРНК-181 отвечает за снижение экспрессии лейкемия-ингибирующего фактора (ЛИФ) [30]. Таким образом, снижение экспрессии этих двух микроРНК имеет большое значение для инициирования имплантации [28].

Аппозиция и адгезия эмбриона требуют специфических модификаций на апикальной поверхности эпителия эндометрия. Сверхэкспрессия муцина-1, трансмембранного гликопротеина, действующего как ингибитор адгезии эмбриона, часто служит причиной нарушения имплантации. Экспрессия этого белка у мышей, вероятно, регулируется микроРНК-199a, let-7a и let-7b [31, 32]. И, наоборот, рецептор инсулиноподобного фактора роста 1-го типа (ИФР-1), регулируемый микроРНК-145, способствует адгезионным взаимодействиям [33].

Трофобластическая инвазия облегчается модификациями эпителия, отражающими эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) со снижением поляризации клеток и ремоделированием клеточных соединений. В эксперименте на мышах показано, что экспрессия микроРНК-429, участвующая в регуляции ЭМП, снижается во время имплантации, а ее повышенная экспрессия приводит к уменьшению количества участков, доступных для имплантации [34]. В то же время микроРНК-126-3p, которая регулирует экспрессию интегрина-α11 и таким образом влияет на миграцию и инвазию клеток, экспрессируется в участках имплантации [35]. МикроРНК-96 также экспрессируется в участках имплантации на ранних сроках беременности у мышей, модулирует экспрессию ангиоапоптотического фактора Bcl-2, который участвует в процессе децидуализации [36].

L. Nie и соавт. [37] предположили, что микроРНК-152-3p играет роль в имплантации эмбриона в первые дни беременности у мышей. В эпителиальных клетках эндометрия данная микроРНК, экспрессия которой индуцируется прогестероном, регулирует экспрессию GLUT3, который участвует в поддержании внутриутробной концентрации глюкозы [37].

In vitro в культурах эпителиальных клеток эндометрия человека повышение экспрессии микроРНК-125b снижает экспрессию матриксной металлопротеиназы-26, тем самым блокируя имплантацию эмбриона [38]. В то же время в стромальных клетках эндометрия человека микроРНК-181a индуцирует морфологическую трансформацию и регулирует экспрессию таких генов, как FOXO1A, PRL, IGFBP-1, DCN и TIMP3, которые участвуют в децидуализации [39], а микроРНК-222 модифицирует экспрессию гена CDKN1C (p57kip2), который также участвует в децидуализации и дифференцировке эндометриальных клеток [40].

Экспрессия генов, участвующих в созревании эндометрия и его циклическом ремоделировании, таких как CAST, CFTR, FGFR2 и LIF, регулируется несколькими микроРНК, экспрессия которых колеблется в зависимости от фазы менструального цикла. Показано, что экспрессия микроРНК-30b и микроРНК-30d повышается, а микроРНК-494 и микроРНК-923 понижается в рецептивном эндометрии по сравнению с пре-рецептивным эндометрием у здоровых женщин [41].

МикроРНК и патология эндометрия

Повторные неудачи имплантации (ПНИ). Это отсутствие беременности после неудачной имплантации как минимум трех здоровых эмбрионов [42]. Такая патология наблюдается у 50% пар, использующих вспомогательные репродуктивные технологии. Возможными причинами ПНИ могут быть аномалии матки, аномальные факторы спермы, генетические аномалии, гормональные и метаболические нарушения, тромбофилия, аутоиммунные заболевания, а также чрезмерная активация иммунного ответа матки [43].

На молекулярном уровне обнаружено, что экспрессия микроРНК-145, мишенью которой является мРНК, кодирующая ИФР-1 [33], у пациенток с ПНИ намного выше, чем у здоровых женщин [44]. В этом же исследовании авторы выявили, что у женщин с ПНИ была повышена экспрессия девяти других микроРНК (микроРНК-23b, микроРНК-27b, микроРНК-99a, микроРНК-139-5p, микроРНК-150, микроРНК-195, микроРНК-342-3p, микроРНК-374b и микроРНК-652) и снижена экспрессия микроРНК-32, микроРНК-628-5p, микроРНК-874 [44]. В другом исследовании экспрессии микроРНК в эндометрии у женщин с ПНИ была установлена повышенная экспрессия 6 микроРНК (микроРНК-29b-1-5p, микроРНК-34b-3p, микроРНК-138-1-3p, микроРНК-146a-5p и микроРНК-363-3p) [45].

Эндометриоз. Это патологический процесс, при котором определяется наличие ткани вне полости матки по морфологическим и функциональным свойствам подобной эндометрию [46]. Хотя механизм развития эндометриоза до конца не изучен, предполагается, что ретроградные менструации играют важную роль в его развитии. Тем не менее ретроградные менструации наблюдаются и у здоровых женщин. Таким образом, другие факторы также играют немалую роль в развитии и прогрессировании эндометриоза. Широко исследованы иммунологические и гормональные факторы [47]. Сложные внутриклеточные взаимодействия между сигнальными путями позволяют предположить, что микроРНК могут быть связаны с патофизиологией эндометриоза, поскольку регулируют многочисленные процессы, включая апоптоз и пролиферацию клеток.

В секреторной фазе эутопического эндометрия экспрессия микроРНК-9 и микроРНК-34 повышена у женщин с эндометриозом по сравнению с таковой у здоровых женщин. Мишенью микроРНК-9 служит белок Bcl-2, который обладает антиапоптотическими свойствами и участвует в патогенезе эндометриоза [48]. Анализ эутопического и эктопического эндометрия у женщин с эндометриозом показал, что экспрессия микроРНК-30c была значительно снижена по сравнению с таковой эндометрия здоровых женщин [49]. Снижение экспрессии микроРНК-30c вызывало повышение экспрессии ингибитора активатора плазминогена-1 (ИАП-1). Трансфекция (введение) этой микроРНК в стромальные клетки эндометрия в культуре in vitro приводила к снижению экспрессии ИАП-1 и, соответственно, к снижению пролиферации, миграции и инвазионной способности клеток [49].

Анализ мезенхимальных стволовых клеток эутопического эндометрия показал повышенную экспрессию микроРНК-200b и снижение экспрессии микроРНК-145 и let-7b по сравнению с таковыми в мезенхимальных стволовых клетках эндометрия здоровых женщин [50]. Let-7 может оказывать регуляторное влияние на экспрессию генов, участвующих в поддержании плюрипотентности стволовых клеток, их дифференцировке и самообновлении [51].

Y. Ma и соавт. [52] установили, что снижение экспрессии микроРНК-34a-5p в эктопической ткани эндометрия коррелировало с повышением экспрессии сосудисто-фактора A роста эндотелия сосудов (VEGF-A) [52]. Такая зависимость подтверждена трансфекцией этой микроРНК в стромальные клетки эндометрия in vitro, что привело к снижению экспрессии VEGF-A и пролиферации клеток [52].

Имеются данные, что снижение экспрессии микроРНК-200b и микроРНК-200c приводит к пролиферации, миграции и инвазии клеток эндометрия [53]. Такое действие может быть объяснено ЭМП, который регулируется генами ZEB1 и ZEB2 [53].

C. Zhou и соавт. [54] установили, что экспрессия микроРНК-205-5p в эндометрии пациенток с эндометриозом была снижена по сравнению с экспрессией у здоровых женщин. В культуре in vitro стромальных клеток эндометрия авторами были продемонстрированы сниженная миграционная и инвазионная способность клеток, а также стимулирование апоптоза после трансфекции в них микроРНК-205-5p. Авторы объяснили такие изменения действием ангиопоэтина-2, выработка которого зависит от микроРНК-205-5p [54]. МикроРНК-210-3p также может принимать участие в развитии эндометриоза, поскольку имеются данные, что она экспрессируется как в эутопическом, так и в эктопическом эндометрии пациенток с эндометриозом [55]. МикроРНК-210-3p вовлечена в процесс пролиферации клеток, а также в процесс повреждения ДНК при окислительном стрессе [55]. Участие в регуляции пролиферации эндометрия принимает также микроРНК-33b. Ее экспрессия в эктопическом эндометрии была снижена по сравнению с таковой в эутопическом эндометрии [56]. Игибирование микроРНК-33b в культуре клеток эндометрия in vitro приводило к повышению пролиферации клеток [56]. Это объясняется снижением экспрессии Caspase-3 и увеличением экспрессии VEGF и матриксной металлопротеиназы-9 (MMP-9).

Рак эндометрия. Находится на первом месте среди онкогинекологических заболеваний в экономически развитых странах. Ежегодно диагностируется 380 тыс. новых случаев во всем мире [57].

Экспрессия микроРНК при раке эндометрия широко исследуется. Структура их экспрессии связана с такими прогностическими факторами, как вовлечение лимфатических узлов, инвазия в лимфатические сосуды, общая выживаемость, а также частота рецидивов [58]. R. Delangle и соавт. [58] идентифицировали 54 микроРНК с повышенной экспрессией и 59 со сниженной экспрессией в опухолевой ткани эндометрия.

ЭМП является одним из основных процессов при инвазии рака и его метастазировании и характеризуется фенотипическими, морфологическими и молекулярными изменениями раковых клеток, приводящих к увеличению их подвижности, потере полярности и к снижению свойств клеточной адгезии [59]. В литературе имеются многочисленные данные об участии микроРНК в процессе ЭМП. Повышение экспрессии микроРНК-141, микроРНК-200, микроРНК-203, микроРНК-205, а также микроРНК-429, и, наоборот, снижение экспрессии микроРНК-133 и микроРНК-224 является молекулярными признаками ЭМП при раке эндометрия [60].

Исследование серозной аденокарциномы эндометрия показало повышенную экспрессию микроРНК-205 и сниженную экспрессию микроРНК-10b, микроРНК-29b, микроРНК-34b, микроРНК-101, микроРНК-133a, микроРНК-133b, микроРНК-152 и микроРНК-411 по сравнению с таковыми в здоровом эндометрии [61]. Экспрессия микроРНК-10b и микроРНК-29b коррелировала с выраженностью сосудистой инвазии [61].

Перспективы исследования микроРНК

Накопленные данные показывают, что микроРНК принимают участие в развитии различных гинекологических заболеваний, включая эндометриоз. Таким образом, могут быть разработаны диагностические тесты, основанные на конкретной микроРНК, соответствующей определенной патологии. Это может способствовать ранней диагностике и прогнозу эндометриоза, повторных неудач имплантации и рака эндометрия, а также разработке новых терапевтических подходов.

Заключение

МикроРНК представляют собой некодирующие малые РНК, ответственные на посттранскрипционную регуляцию экспрессии генов. Одна микроРНК может регулировать экспрессию нескольких мРНК и, наоборот, создавая тем самым сложную сеть кооперативной регуляции. Действие каждой микроРНК специфично для определенной ткани и не может распространяться на другие органы.

Паттерны экспрессии микроРНК в нормальном и патологически измененном эндометрии в настоящее время широко обсуждаются. Профили экспрессии микроРНК в эндометрии человека видоизменяются в зависимости от фазы менструального цикла и регулируются половыми гормонами. В то же время микроРНК способны влиять на действие половых гормонов, так что модификация профиля экспрессии микроРНК в патологическом эндометрии может быть либо причиной развития патологии, либо ее результатом.

Дерегулированные микроРНК, выявленные у пациенток с повторными неудачами имплантации, часто принимают участие в процессах адгезии, пролиферации и ангиогенеза. При эндометриозе обнаруженные микроРНК часто связаны с пролиферацией, апоптозом и клеточной адгезией. Наконец, микроРНК, участвующие в эпителиально-мезенхимальном переходе, часто обнаруживаются при раке эндометрия.

Развитие технологий, которые позволяют проводить глобальный анализ известных микроРНК в эндометрии человека, может позволить лучше понять их действие и привести к разработке новых диагностических и терапевтических методов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — К.О. Кузнецов, А.У. Хамадьянова

Сбор и обработка материала — Э.Ф. Шарипова, А.С. Низаева

Написание текста — Л.Ф. Хабирова, Л.З. Булякбаева, Э.И. Юсупова

Редактирование — А.С. Пегова, К.О. Кузнецов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Participation of authors:

Concept and design of the study — K.O. Kuznetsov, A.U. Hamadyanova

Data collection and processing — E.F. Sharipovva, A.S. Nizaeva

Text writing — L.F. Khabiroba, L.Z. Bulyakbaeva, E.I. Yusupova

Editing — A.S. Pegova, K.O. Kuznetsov

Authors declare lack of the conflicts of interests.