Введение
Преэклампсия (ПЭ) — одно из ведущих осложнений беременности, важным ее компонентом является воспаление, неотъемлемой частью которого служит оксидантный (окислительный) стресс [1, 2], который индуцируется повышением количества активных форм кислорода (АФК) или снижением активности антиоксидантной системы. Редукцию молекулярного кислорода генерирует супероксид, который служит предшественником других АФК [3]. АФК делятся на 2 подкласса: 1 — высокореактивные свободные радикалы, включая супероксид-анион (O2–.), гидроксильный радикал (•OH), алкоксил (•OOR) и гидропероксид-радикал (•OOH); 2 — нерадикальные формы, такие как перекись водорода (H2O2), синглетный кислород (1O2), и гипохлорный анион (OCl–). В настоящее время признано, что супероксид и перекись водорода — две наиболее значимые АФК. Супероксид более реактивен, чем перекись водорода, и проходит через мембрану клеток, используя такие ионные каналы, как вольтаж-зависимые анионные каналы. Повышение уровня супероксида связано с окислительным стрессом и таким повреждением клеток, как окисление протеинов, аминокислот, ДНК и липидной пероксидацией. Более того, супероксид может обратимо инактивировать протеины, делая вклад в передачу клеточного сигнала. Перекись водорода более стабильна, но также проницает через клеточную мембрану. В частности, она может проходить через аквапорины [4]. Важнейшим сигналом, обусловленным H2O2, является окисление цистеиновых связей. При физиологических уровнях pH тиоловые группы цистеина (Cys-SH) могут депротонироваться до тиолатных групп (Cys-S-), чувствительных к окислению. H2O2-зависимый сигнал может вести к обратимому окислению тиолатных групп до сульфениковой группы (Cys-SOH) [5]. Тиолатные группы могут образовывать дисульфидные связи (Cys-S-S-Cys) [6]. Повышенная продукция перекиси водорода ведет к дальнейшему окислению сульфениковых групп (Cys-SOH) до сульфиниковой (Cys-SO2H) и сульфониковой (Cys-SO3H) групп [7], результатом этого окисления является необратимое изменение функции протеина. Наши исследования показывают, что при ПЭ уровень протеина и альбумина снижается по мере прогрессирования тяжести ПЭ.
Главным источником АФК служат ферменты семейства NADPH-оксидаз (Nox), респираторная электронно-транспортная цепь митохондрий, ксантиноксидоредуктаза. Семейство NADPH-оксидаз включает 5 изоформ — Nox 1—5 и двойные оксидазы — Duox 1, 2. Все изоформы являются интегральными мембранными протеинами, переносящими электрон с NADPH на кислород, генерируя супероксид-анион [8]. Nox-энзимы выполняют различные функции как на органном, так и на организменном уровне, включая антимикробную защиту, вазорегуляцию, синтез гормонов, регуляцию экспрессии генов, пролиферацию и дифференцировку клеток [9]. Отмечается и определенная специализация в данной группе. Так, Nox 2 может продуцировать большое количество АФК, что является важным компонентом антимикробной активности фагоцитов. В то же время Nox 1, 3, 4, 5, Duox 1, 2 обычно продуцируют небольшое количество АФК для регуляции сигнальных путей, например при эндотелиальной вазорегуляции [10]. Найден и негативный регулятор АФК (Negative regulator of ROS-NRROS) — редоксома. Регулирующий фактор прямо взаимодействует с Nox 2 (gp91phox), негативно влияющим на продукцию АФК [11]. Связывание Nox 2 с негативным регулятором АФК-редоксомой ускоряет деградацию Nox 2, вследствие чего снижается продукция АФК. Nox 2 — главный источник супероксидного радикала, продуцируемого фагоцитарными клетками. Это имеет большое значение как для нормальной беременности, так и для осложненной ПЭ, так как в связи с угнетением лимфоцитарного звена иммунитета компенсаторно активируются нейтрофилы и макрофаги — главные индукторы окислительного стресса. Анализируя роль негативного регулятора АФК [12], авторы пришли к выводу, что он способен ограничивать чрезмерную продукцию АФК при активации фагоцитов. Другими словами, на фоне специфических механизмов генерации существует динамический регулятор уровня АФК. В пользу этого свидетельствуют данные исследования [13], показавшие, что обратная связь сигнала Nox 2-производных АФК ограничивает экспрессию α-фактора некроза опухолей (α-ФНО) и интерлейкина (ИЛ)-6 активированными макрофагами, что ослабляет острое воспаление. Показано также, что энзим Nox 2 требуется для разрешения стерильного системного воспаления [14]. Исследователи показали, что у Nox 2-дефицитных мышей появляется геморрагический воспалительный ответ в легких с быстрым рекрутированием нейтрофилов в альвеолярное пространство, в то время как у мышей дикого типа была минимальная патология легких. Эти данные подтверждают, что снижение уровня АФК на этапе разрешения воспаления играет не деструктивную, а конструктивную роль. Открыты новые структуры, связанные с Nox, так называемые редоксосомы [15]. Эти внутриклеточные органеллы генерируют АФК в окружающее пространство, что облегчает ко-локализацию АФК и мишеней, предотвращая неспецифические АФК-зависимые повреждающие реакции [16]. Некоторые стимулы, такие как ИЛ-1β, α-ФНО, гипоксия и реоксигенация способствуют образованию редоксосом [17, 18]. Важной особенностью Nox 4, а также Duox 1, 2 является их способность генерировать перекись водорода [19].
Важным источником АФК служит ксантиноксидоредуктаза, в частности ее изоформа ксантиноксидаза, содержащаяся в плаценте. Особенностью этого фермента, катализирующего окисление гипоксантина и ксантина до мочевой кислоты, такова, что образуется преимущественно H2O2, примерно 80 и 20% супероксида [20]. Другой особенностью этого фермента является то, что он активируется при гипоксии — важнейшем компоненте и пусковом механизме ПЭ. В подтверждение этого можно привести данные, показывающие, что уровень мочевой кислоты как одного из главных антиоксидантов плазмы крови повышается при ПЭ и особенно при ее тяжелой форме [21]. Повышение уровня мочевой кислоты является следствием повышения активности ксантиноксидазы и соответственно повышенной наработки H2O2.
Клеточный редокс1-баланс
В клетке и вне клетки уровень АФК при физиологических условиях стабильно уравновешен продуцирующими и элиминирующими факторами. АФК продуцируются в ходе окислительно-метаболических процессов, а также в ответ на патогенные или эндогенные сигналы, такие как цитокины или алармины. В то же время клеточная антиоксидантная система уравновешивает и нейтрализует продуцируемые АФК. Важным компонентом этой системы являются 3 вида супероксиддисмутазы — СОД1, 2, 3. Они катализируют дисмутацию супероксида аниона в перекись водорода, каталаза конвертирует перекись водорода до H2O и O2 [22]. Такие растворимые факторы, как глутатион в комбинации с глутатионоксидазой, тиоредоксин в комбинации с тиоредоксинредуктазой [23, 24], а также витамин E, коэнзим Q вносят вклад в антиоксидантную защиту, удаляя АФК [25]. Высокий уровень или длительное повышение уровня АФК ведет к индукции окислительного дистресса [3]. Накапливаются данные, указывающие на то, что повышение АФК — тонко контролируемый процесс, не всегда достигающий максимальных величин, что обозначается термином «окислительный эустресс» [26] (рис. 1). Окислительный эустресс имеет важные сигнальные функции при иммунологических, физиологических и клеточных процессах. Деликатный баланс между окислительным эустрессом и дистрессом важен для функции клеток.
Рис. 1. Условное изображение редокс-равновесия, окислительного эустресса и дистресса [26].
1 — продукция АФК и элиминирующих факторов уравновешена, что характеризует нормальный статус клеток; 2 — продукция АФК может повышаться, превышая способность антиоксидантной защитной системы, подъем АФК важен для клеточных функций и обозначается как окислительный эустресс; 3 — длительная продукция АФК выше уровня, требуемого для клеточных функций, ведет к окислительному повреждению и называется окислительным дистрессом. СОД — супероксиддисмутаза; Кат — каталаза; Трр — тиоредоксинредуктаза; Гр — глутатионредуктаза.
Особый интерес к эустрессу с позиции иммунологии репродукции вызван тем, что при нормальной беременности активированные моноциты/макрофаги, нейтрофилы создают состояние, которое трактуется как низкоуровневое воспаление, а значит, сопровождается невысоким уровнем окислительного стресса [27]. Как считают эти авторы, физиологическая роль АФК на ранних этапах беременности заключается в их участии в ремоделировании спиральных артерий, ангиогенезе, пролиферации цитотрофобластных клеток. Можно считать фактом, что при нормальной беременности окислительный стресс в плаценте является необходимым условием нормального хода беременности [28]. С позиций эустресса это физиологическое состояние можно рассматривать как промежуточное состояние между редокс-равновесием и дистрессом. Любая патология, особенно воспалительного характера, способна сместить состояние эустресса в дистресс, что и наблюдается при ПЭ. При характеристике ПЭ часто используются термины более высокого уровня воспаления, т.е. описательная характеристика. При описании эустресса впервые сделана попытка введения конкретных цифр для характеристики уровня воспаления. H. Sies [29] дает конкретные цифры для физиологического окислительного стресса — эустресса. Так, уровень H2O2 1—10 нмоль соответствует окислительному эустрессу, а сверхфизиологические концентрации H2O2 >100 нмоль, ведущие к повреждению биомолекул, обозначаются как окислительный (оксидантный) дистресс. В подтверждение этого положения можно привести данные [30], показавшие, что низкие концентрации H2O2 1—50 мкмоль повышают секрецию хорионического гонадотропина человека (ХГч) цитотрофобластом, в то время как концентрация H2O2 >50 мкмоль дозозависимо уменьшает секрецию ХГч. При концентрации H2O2 500 ммоль продукция ХГч почти полностью блокируется. Авторы делают вывод, что при низких концентрациях H2O2 действует как сигнальная молекула, в то время как при высоких — как цитотоксический медиатор. Предполагается, что ХГч может быть защитным антиоксидантом, освобождаемым плацентой при низком уровне оксидантного стресса. M. Murata и соавт. [31] показали, что H2O2 дозозависимо ингибирует рост клеток вневорсинчатого трофобласта (ВВТ) человека. Так, при содержании H2O2 0,01 ммоль рост клеток не отличается от такового в контрольной группе. При увеличении концентрации в 10 раз наблюдалось ингибирование их роста, а при увеличении в 100 раз — резкое ингибирование роста. Авторы также показали, что H2O2 стимулирует апоптоз, снижает миграционную активность клеток ВВТ, дозозависимо снижает образование трубочек — аналогов ангиогенеза, а также снижает в 4 раза экспрессию гипоксией индуцируемого фактора 1α (ГИФ 1α). Другими словами, при высоких концентрациях H2O2 ингибирует одно из центральных звеньев патогенеза ПЭ — пролиферацию и миграцию клеток ВВТ. Важно отметить, что в условиях гипоксии при концентрации O2 <5% ксантиноксидоредуктаза (КОР) может редуцировать нитраты NO3– и нитриты NO2– в активную форму азота (АФА) — оксид азота NO [32]. Схематически это можно представить следующим образом (рис. 2).
Рис. 2. Возможный механизм генерации АФК и АФА ксантиноксидазой (КО) [32].
Понятие физиологического окислительного стресса органично вписывается в такую новую форму воспаления, как физиологическое воспаление. Более того, физиологический окислительный стресс позволяет понять механизмы физиологического воспаления. Отметим, что гипоксия является ключевым звеном патогенеза ранней и в меньшей степени поздней ПЭ. В качестве дальнейшего подтверждения этой позиции можно привести данные S. Bir и соавт. [33], показавших, что как низкие, так и высокие концентрации супероксида аниона неблагоприятно влияют на ангиогенез, зависимый от фактора роста сосудистого эндотелия — ФРСЭ-зависимый ангиогенез. И только промежуточная концентрация супероксида 9,82 пмоль/мг ткани обеспечивает адекватный ангиогенез. Важным результатом этой работы является то, что показана возможность индукции ангиогенеза у мыши АФК через ФРСЭ-зависимый путь. Авторы отмечают важную роль ФРСЭ в АФК-индуцированном сосудистом ремоделировании при гипоксии/ишемии. Таким образом, окислительный стресс является важным звеном ангиогенеза [34]. Обусловленный АФК ангиогенез строго связан с экспрессией ФРСЭ [35]. Это и есть так называемый ФРСЭ-зависимый ангиогенез. Однако АФК участвуют и в ФРСЭ-независимом ангиогенезе [34]. ФРСЭ-независимый механизм окислительно-индуцированного ангиогенеза связан с активацией Toll-подобного рецептора 2-го типа (ТПР2)/Myd 88-пути окисленными лигандами, ведущими к активации ядерного фактора каппа В с последующей активацией ангиогенеза [36]. Авторы приводят следующую схему участия АФК как в ФРСЭ-зависимом, так и в ФРСЭ-независимом ангиогенезе (рис. 3).
Рис. 3. Влияние активных форм кислорода на ангиогенез.
СОД — супероксиддисмутаза; МПО — миелопероксидаза; ГИФ — гипоксии индуцибельный фактор; СЭФРР2 — рецептор-2 сосудисто-эндотелиального фактора роста; ТПР2 — толл-подобный рецептор 2; ЯФκВ — ядерный фактор каппа В [36].
Изменение наших знаний об окислительном стрессе помогает понять причины негативных результатов использования антиоксидантов при ПЭ. Так, M. Nezu и соавт. [37], исследуя роль АФК при ПЭ на фоне генетически модифицированного пути Keap-Nrf2 как клеточно-антиоксидантной системы, показали, что дефицит Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor-2) при ПЭ у мышей улучшает материнскую и фетальную выживаемость, уменьшает внутриматочную задержку роста плода. В плацентах Nrf-2-дефицитных мышей определялась повышенная пролиферация эндотелиальных клеток и плотность сосудистой сети. В противоположность этому исследование плацент мышей с ПЭ со сверхактивностью Nrf2 показало угнетенный ангиогенез, что было связано с экспрессией генов, кодирующих ангиогенные хемокины и цитокины. Было сделано заключение, что АФК необходим обусловленный сигнал для плацентарного ангиогенеза при ПЭ. Схожие выводы сделали также Y. Zhang и соавт. [38], показавшие, что дефицит Nrf-2 повышает плацентарный ангиогенез и улучшает фетальные и материнские исходы беременности при ПЭ. H. Feng и соавт. [39] показали, что при гипоксии в клетках трофобласта снижен уровень Keap1, но повышено содержание Nrf-2 и гемоксигеназы-1. Активность каталазы, глютатионпероксидазы и супероксиддисмутазы была ниже в плаценте при ПЭ по сравнению с таковой в нормальной плацентарной ткани.
Однако взаимоотношения между про- и антиоксидантными системами при ПЭ, несомненно, более сложные, чем нам представляется в настоящее время. Так, N. Kweider и соавт. [40] на основе собственных данных и источников литературы предположили, что вневорсинчатый трофобласт на поздней стадии ПЭ, сопровождающейся задержкой роста плода, показывает ухудшение Nrf-2-сигнального пути, несмотря на повышенную цитоплазматическую экспрессию Nrf-2, связанную с окислительным повреждением клеток на ранней стадии синдрома. Полученные ими данные позволяют выстроить следующую логическую цепочку, ведущую к развитию ПЭ. Снижение биодоступности ФРСЭ на ранних этапах ПЭ ведет к недостаточности активации Nrf-2, что уменьшает защиту клеток от повреждающего их окислительного стресса. В результате этого повреждения усиливается апоптоз и снижается инвазия ВВТ. Ограниченная инвазия вневорсинчатого трофобласта в спиральные артерии ведет к нарушению их ремоделирования и развитию ПЭ. Наиболее важным в данном случае является то, что на транскрипционном уровне происходит стимуляция наработки Nrf-2, т.е. стимуляция антиоксидантной системы, в то время как на посттрансляционном уровне происходит снижение Nrf-2-сигнала. Двоякое действие Nrf-2 и на такой процесс, как атеросклероз, оказывает как анти-, так и проатерогенное действие [41]. Таким образом, можно предполагать неоднозначность его действия на развитие атероза спиральных артерий матки — аналога атеросклероза. Известно также, что холестерол накапливается в преэкламптической плаценте [42]. Другими словами, выход холестерола из плаценты бывает нарушен. За выход из клетки холестерола ответственны ABCA-1 (ATP-binding cassette transporter A1) и ABCG-транспортеры выхода, экспрессируемые плацентой. Nrf-2 вовлечен в активацию этих транспортеров.
АФК влияют и на энергетический метаболизм, в частности оксиданты регулируют метаболизм глюкозы; регуляция осуществляется на уровне торможения перекисью водорода или пероксинитритом глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы и повышения активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы [43]. Торможение глицеральдегида-3-фосфатдегидрогеназы подавляет гликолиз, и глюкоза перенаправляется в пентозофосфатный путь. Как отмечают авторы, судьба глюкозы зависит от внутриклеточного уровня этих АФК и азота.
Ранее мы отмечали неэффективность антиоксидантной терапии при ПЭ. С точки зрения современных взглядов на окислительный стресс [44, 45] таким образом формулируют требования к оптимальной антиоксидантной терапии. Она должна быть избирательной, ингибируя только АФК, связанные с заболеванием, и оставляя другие интактными.
Заключение
В статье сделана попытка внедрить новые данные по окислительному стрессу в обоснование патофизиологии ПЭ. Совершенно очевидно, что для все расширяющегося понятия окислительного стресса требуется его классификация. По нашему мнению, введение понятия эустресса является одним из шагов в данном направлении. Смена парадигмы в отношении окислительного стресса может быть использована для разработки более эффективной терапии гипоксических состояний, к которым относится ПЭ.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — И.М. Поздняков, В.И. Щербаков, А.В. Ширинская
Сбор и обработка материала — И.М. Поздняков, В.И. Щербаков, А.В. Ширинская
Написание текста — И.М. Поздняков, В.И. Щербаков, А.В. Ширинская
Редактирование — И.М. Поздняков, В.И. Щербаков, А.В. Ширинская
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Participation of authors:
Concept and design of the study — I.M. Pozdnyakov, V.I. Shcherbakov, A.V. Shirinskaya
Data collection and processing — I.M. Pozdnyakov, V.I. Shcherbakov, A.V. Shirinskaya
Text writing — I.M. Pozdnyakov, V.I. Shcherbakov, A.V. Shirinskaya
Editing — I.M. Pozdnyakov, V.I. Shcherbakov, A.V. Shirinskaya
Authors declare lack of the conflicts of interests.
1 — англ. redox — сокр. от reducing-oxidizing — окислительно-восстановительный.