Ангиогенез и репродукция

За последние 50 лет произошли революционные изменения в акушерстве и гинекологии в вопросе понимания процессов репродуктивной биологии и эмбриологии и в развитии визуализационных технологий. Это привело к развитию оральной контрацепции, методов визуализации внутриутробного плода, методов вспомогательных репродуктивных технологий. Также новой технологией является изучение процессов роста кровеносных сосудов. Первые этапы изучения ангиогенеза тормозились невозможностью вырастить эндотелиальные клетки в культуре и невозможностью идентифицировать факторы, контролирующие рост новых сосудов. В последние 5 лет произошел резкий всплеск новых экспериментов, решающих эти проблемы.

Ангиогенез – это развитие новых сосудов из существующих. Васкулогенез – образование кровеносных сосудов у эмбриона и плода de novo. Оба процесса происходят у плода во время формирования сердечно-сосудистой системы. Васкулогенез не наблюдается во взрослом возрасте. Развитие новых кровеносных сосудов из имеющихся на самом деле тоже редко происходит во взрослом возрасте, встречается как правило во время заживления ран. Одной из причин повышенного интереса к механизмам ангиогенеза является выявление нарушений этого процесса при некоторых заболеваниях, таких как злокачественные опухоли, ревматоидный артрит, сахарный диабет. Важнейшим открытием было обнаружение в основе всех процессов репродуктивного цикла женщины: менструации, овуляции, имплантации, плацентации – образования новых сосудов, ангиогенеза.

Сегодня известно, что рост, развитие и регрессия кровеносных сосудов – это ключевые механизмы процессов репродукции. Знание этих моментов позволило сформулировать новую стратегию вмешательств в биологию репродукции:

1. Прерывание овуляторного или менструального цикла путем воздействия на кровеносные сосуды – развитие новых средств для плановой и посткоитальной контрацепции.

2. Поиск новых веществ для лечения доброкачественных состояний, таких как меноррагия, эндометриоз и миома матки.

3. Определение ангиогенных факторов, контролирующих развитие и т.о. функционирование нормальной плаценты и изучить механизм нарушений при гестозе и задержке внутриутробного развития плода.

4. Определить возможную роль антиангиогенных факторов для дополнительной терапии злокачественных заболеваний в гинекологии.

Для того, чтобы понять значение этих процессов в условиях клиники, необходимо сделать обзор теоретических исследований, с помощью которых определены клеточные и молекулярные факторы, регулирующие рост и интеграцию кровеносных сосудов.

Биология кровеносных сосудов

Ангиогенез состоит из процессов пролиферации, миграции эндотелиальных клеток и формирования трубки. В микрососудах, лишенных гладкомышечного слоя в стенке, ключевые взаимодействия происходят между эндотелиоцитами и внеклеточным матриксом. Изучен широкий спектр ростовых факторов, способствующих или тормозящих ангиогенез. Те, что кажутся наиболее важными, входят в семейства эндотелиальных ростовых факторов (ЭФР), факторов роста фибробластов и трансформирующих. Эти семейства включают множество белков близкой структуры, часто связывающиеся с одними и теми же или очень близкими рецепторами. Большинство веществ подавляют ангиогенез, некоторые являются результатом протеолиза более крупных молекул, таких как коллаген VIII, антитромбин III и плазминоген.

Активированные эндотелиоциты образуют новые кровеносные сосуды двумя путями. Они либо распространяются вдоль существующих сосудов в новом направлении, либо прорастают внутри существующих сосудов, образуя развилки. Этот процесс требует тонкой клеточной регуляции, т.к. эндотелиоциты, потерявшие между собой контакт или обнаруживающие друг друга в несоответсвующих условиях, подвергаются программированной клеточной гибели. Сигнальными механизмами, посредством которых клетки общаются между собой и определяют собственную судьбу, являются интегрины, молекулы адгезии (кадгерины сосудистых эндотелиоцитов, рецептор ЭФР, KDR и бета-катенин).

Существуют взаимодействия между эндотелиоцитами, перицитами и гладкомышечными клетками, осуществляемые частично за счет ростовых факторов, а также за счет семейства ангиопоэтинов. Ангиопоэтин-1 высвобождается перицитами (мезенхимальные клетки, поддерживающие эндотелий) и усиливает ангиогенез. Ангиопоэтин-2 связывается с тем же рецептором, что и ангиопоэтин-1, однако является его антагонистом, и под его влиянием происходит атрофия сосудов, однако в присутствии ЭФР ангиогенез стимулируется.

Рассмотрим конкретные процессы ангиогенеза в эндометрии, яичниках и плаценте.

Эндометрий

Циклические изменения эндометрия происходят у приматов и людей в месячном ритме. После инволюции желтого тела или отмены экзогенных стероидов эндометрий отторгается. Этот процесс стимулируется металлопротеиназами матрикса эндометрия, уровень которых повышается после отмены прогестерона. Эти протеолитические ферменты разрушают внеклеточный матрикс и способствуют отторжению верхних двух третей эндометрия. Эндометрий имеет богатое кровоснабжение. Конечные артериолы спиральных артерий поднимаются от аркуатных артерий в миометрий. Каждая спиральная артериола кровоснабжает около 9 мм² эндометрия. Эти сосуды являются истинными артериолами, содержащими эндотелиоциты, гладкомышечные клетки и адвентицию. Небольшие прямые базальные артериолы кровоснабжают базальную треть эндометрия.

Кровотечение останавливается за счет образования внутрисосудистых тромбоцитарно-фибриновых тромбов на концах сосудов, образующихся во время резкой вазоконстрикции. Эти сосуды быстро восстанавливаются, процесс практически полностью завершается к 5 дню цикла. Пролиферативная фаза цикла характеризуется элонгацией сосудов параллельно с ростом эндометрия. В это же время новые тонкие капилляры образуются из сосудов и формируют обильное сплетение прямо под поверхностным эпителием. Параллельно образуются дренирующие венулы. Два пика миграционной активности эндотелиоцитов обнаружены в супернатантах, полученных из культуры клеток эндометрия, – в ранней и на границе средней и поздней пролиферативной фаз цикла. Пролиферация эндотелиоцитов не меняется в течение цикла. Ангиогенез в эндометрии происходит в основном путем внутреннего распространения эндотелиоциов и образования новых развилок, чем за счет внешнего распространения. До сих пор данные о наличии стероидных рецепторов в сосудах противоречивы. Альфа и бета– рецепторы к эстрадиолу обнаружены в гладкомышечных клетках кровеносных сосудов, однако с такой индивидуальной вариабельностью, что каких-либо закономерностей выявить невозможно.

Вряд ли отмена прогестерона в конце цикла напрямую влияет на состояние сосудов. Скорее разрушение внеклеточного матрикса разрушает сосуды и приводит к кровотечению. Наступление менструации запускает процесс заново.

Эндометрий экспрессирует все ростовые факторы, известные как индукторы ангиогенеза, и большинство факторов, блокирующих ангиогенез. До сих пор неизвестны тонкие взаимодействия этих факторов, приводящие к процессам развития или регрессии кровеносных сосудов, происходящим в течения нормального менструального цикла.

Аномальное эндометриальное кровотечение

В некоторых исследованиях было высказано предположение о том, что нарушения ангиогенеза могут быть причиной аномальных, и еще скорее v болезненных кровотечений. Пролиферативный индекс эндотелиоцитов повышен у женщин с избыточной менструальной кровопотерей. Уровень пролиферации гладкомышечных клеток одинаков у женщин с меноррагией и нормальной кровопотерей, хотя повышается у женщин в перименопаузе. Не наблюдается корреляции меэду иммуногистохимическим определением ЭФР-А и пролиферативным индексом.

Кровотечения прорыва на фоне оральной контрацепции или заместительной гормонотерапии могут быть связаны с аномальным ангиогенезом. При этом типе кровотечения отторжение эндометрия происходит редко. Скорее кровотечение исходит из тонких сосудов с недостаточностью собственной пластинки (lamina propria). В этих случаях обнаружено изменение паттерна иммуногистохимической активности ЭФР.

Эндометриоз

Роль ангиогенеза особенно очевидна в этиологии эндометриоза. Давно известно, что перитонеальная жидкость больных эндометриозом обладает повышенной ангиогенной акитвностью. Это сочетается с повышенным уровнем ЭФР. Более того, имеется предположение о том, что пролиферативный индекс эндотелиоцитов в нормально расположенном эндометрии у больных эндометриозом выше, чем у здоровых. Эндометрий, отторгающийся во время менстурации, проникает в перитонеальную полость и там имплантируется. Плотность расположения микрососудов максимальна в красных очагах эндометриоза и минимальна в синих и белых. Для самоподдержания очагам эктопированного эндометрия необходимо кровоснабжение – вокруг очагов видны радиально расходящиеся сосуды. Очаги эндометриоза яичников имеют богатое кровоснабжение в стенке. Необходимо помнить о том, что это не кисты, а ложные полости между поверхностью эндометрия и окружающей брюшиной или полым органом. Глубоко проникающий эндометриоз подвергается изменениям, включающим в себя фибромышечную трансформацию окружающих мезенхимальных клеток, и т.о. фиброзированные клетки составляют основу очага. Возможно, что не ростовые факторы эндометрия способствуют росту эндометриоидных гетеротопий, а избыточный ответ активированных макрофагов, обнаруженных в перитонеальной жидкости больных эндометриозом. Действительно, уровень ЭФР-А в менструальной крови не повышен у женщин с эндометриозом, и уровень мРНК этого протеина не изменяется в течение цикла.

Яичники

Наиболее сильные изменения кровоснабжения яичников происходят во время овуляции. Повышенные уровни ЭФР обнаружены в желтом теле, его функция у мышей и обезьян может быть блокирована введением антиангиогенных факторов. В конце цикла резко возрастает концентрация ангиопоэтина-2, а уровень ЭФР снижается, приводя к атрофии кровеносных сосудов и регрессии желтого тела. Антагонисты ЭФР нарушают функцию желтого тела.

Плацента

В известные четкие сроки мезенхимальные клетки плода, мигрирующие в трабекулы ранней плаценты, превращаются в ангиобласты, которые развиваются в гемопоэтические клетки и эндотелиоциты. Самыми ранними маркерами этих клеток являются рецепторы к семейству ЭФР, и при удалении этого гена у трансгенных животных нарушается формирование очагов кроветворения. Развитие плаценты или как минимум рост ворсин определяется капиллярным ростом в ворсинах. Якореобразные ворсины прорастают в спиральные артериолы, клетки эндотелия материнских сосудов умирают, замещаясь клетками фетального трофобласта. Эти клетки экспрессируют фенотип эндотелиоцитов и берут на себя их функцию. В это же время спиральные артериолы регрессируют при нормальной беременности, что приводит к высокой проницаемости сосудов низкого давления в плацентарном ложе. Нарушение этих процессов приводит к угрозе прерывания беременности.

В течение многих лет считалось, что для успешной беременности необходима быстрая инвазия плаценты в децидуальную оболочку и как можно скорейшее открытие материнских сосудов. Ультразвуковое исследование и иммуногистохимия полностью опровергли эту теорию. В первые недели беременности самым важным моментом является инвазия трофобласта и блокада им материнских сосудов. Допплерографические исследования в этом сроке показывают сохраненный изолированный эмбриональный кровоток, сохраненный кровоток в спиральных артериях и отсутствие кровотока в плаценте. Иначе наступает выкидыш. Только в 10-11 недель можно увидеть циркуляцию крови в плаценте.

Одним из продуктов функционирования плаценты является антиангиогенный протеин. Это изомер рецептора 1 ЭФР, связывающего этот фактор и блокирующего его действие. Похожий процесс происходит у мышей, и при введении экзогенного ЭФР он вызывает аномалии развития плаценты с признаками гестоза, включая отложения фибрина во внеклеточном пространстве.

Гестоз давно признается состоянием активированного эндотелия, приводящего к внутрисосудистому свертыванию. Причины этого состояния, конечно, неизвестны. Однако известно, что избыток ЭФР может вызывать похожий процесс, активируя эндотелиоциты и внутрисосудистое свертывание в точности как при гестозе. Уровень ЭФР повышен в сыворотке крови женщин с гестозом. Другой член этого семейства, плацентарный ростовой фактор, подавлен в сыворотке женщин с угрозой развития гестоза. Видимо его продукция снижается из-за нарушения инвазии трофобласта.

Некоторые другие маркеры активации эндотелиоцитов (ингибитор-1 активатора плазминогена) могут вместе с плацентарным ростовым фактором служить новыми прогностическими факторами гестоза и даже новыми лекарственными средствами.

Гинекологический рак

Все злокачественные опухоли женского полового тракта связаны с повышением экспрессии ангиогенных ростовых факторов. При яичниковой серозной и муцинозной цистаденокарциноме, эндометриоидной карциноме повышены уровни ЭФР-А и -В, но не -С и не -D. ЭФР -А рассматривается как основная причина развития асцита. Ангиопоэтин-1 (но не -2) также повышен, как и некоторые матриксные металлопротеиназы, включая ММР-12. Гонадотропины стимулируют пролиферацию эпителиальных клеток яичника, и повышенные уровни гонадотропинов способствуют распространению опухоли за счет повышенного высвобождения ЭФР-А. В этих исследования удаление первичной опухоли у мышей приводило к усиленному росту опухолевых метастазов. Злокачественная опухоль шейки матки характеризуется повышенным ангиогенезом, и так же как при карциноме эндометрия, прогноз наихудший при повышенной плотности микрососудов. Даже предраковые изменения шейки матки связаны с повышением ангиогенеза, возможно за счет повышения экспрессии ЭФР Е7-сегментом вируса папилломы человека. При большинстве других злокачественных опухолей новообразование окружает кровеносные сосуды для начала роста, а затем развивает свою собственную сеть аномальных сосудов до того, как злокачественные клетки попадут в кровообращение. ЭФР-А и -С способствуют лимфогенному метастазированию. Механизмы повышения интенсивности ангиогенеза в злокачественных опухолях многофакторны, в некоторых случаях полиморфизм генов, подавляющих опухолевый рост, приводит к повышенной экспрессии ЭФР. Сами опухоли могут высвобождать вещества, стимулирующие стромальные клетки организма-хозяина, приводящие к повышению экспрессии ростовых факторов, и наконец, макрофаги, связанные с опухолью, могут секретировать ангиогенные ростовые факторы.

Плановая и посткоитальная контрацепция

Способность нарушать развитие рецептивного эндометрия между овуляцией и имплантацией делает основным показанием для применения этих веществ посткоитальную контрацепцию. Неизвестно в настоящее время, обусловлено ли это действие прямым влиянием на эндометрий или непрямым воздействием через ранний регресс желтого тела. В данном случае механизм действия не имеет значения для женщины. Введение антиангиогенных веществ может нарушить имплантацию. Беременность характеризуется высвобождением высокого уровня анти-ЭФР – растворимого рецептора. Поэтому развитие системных побочных эффектов антиангиогенных веществ маловероятно. Даже если имплантация произойдет, возможно прерывание ранних сроков беременности с помощью тех же механизмов.

Эндометриоз и миома матки

Возможно предотвращение развития эндометриоидных эктопий путем остановки развития новых кровеносных сосудов в окружающих тканях. Вряд ли этот метод будет популярным, поскольку он потребует длительности лечения. Однко введение веществ, блокирующих рост кровеносных сосудов, может эффективно предотвращать рецидивирование эндометриоза после операции. Крупные миомы продолжают быть показанием к хирургическому лечению (как и третья степень эндометриоза), но у большинства женщин диаметры узлов небольшие (до 10 недель). В этих случаях возможно введение антиангиогенных веществ внутрь узла, что приведет к его регрессии. Миомы, вызывающие жалобы, как правило, субмукозные, и возможно введение в них веществ во время гистероскопии, что уменьшает риск операционного вмешательства по сравнению с миомэктомией.

Гестоз

Определение плацентарного ростового фактора в сыворотке женщин может вместе с другими маркерами, такими как активины, ингибины и ингибитор-1 активатора плазминогена, использоваться для прогнозирования гестоза. Возможность ранней диагностики и прогнозирования гестоза с помощью единственного анализа крови очень заманчива и позволит избежать других косвенных исследований, возможных уже на этапе задержки внутриутробного развития плода, а также снизить материнскую смертность за счет своевременной госпитализации женщин из группы риска. Однако возможность использования этих веществ для лечения пока менее ясна. Неизвестно, может ли применением растворимого рецептора ЭФР уменьшить отек головного мозга. Ведь известно, что уровень ЭФР повышен у пациенток с другими причинами повреждения мозга, такими как инсульт.

Рак

В некоторых исследованиях изучается возможность применения антиангиогенных факторов в качестве дополнительной терапии рака. Эти исследования включают в себя внутривенный, внутриперитонеальный и оральный прием широкого спектра веществ, блокирующих ангиогенез. Отдельные случаи обнадеживают, однако результаты крупномасштабных исследований не столь утешительны. В тех случаях, когда эффективность была доказана, выявлены серьезны неврологические осложнения после прекращения приема лекарств.

Антиангиогенные факторы

Синтезированы мышиные моноклональные антитела, блокирующие развитие яичников у крыс. Эти антитела остаются в циркуляции в течение 28 дней после подкожной инъекции. В тех случаях, когда начальный уровень антител был в 1000 раз выше, чем через 2 дня, ожидается клиническая эффективность. Однократную инъекцию можно производить в периовуляторный период для предотвращения овуляции, разрыва фолликула, формирования желтого тела или имплантации. Необходимо получить человеческие антитела, хотя нужно помнить о риске развития аутоиммунного состояния при образовании аутоантител в ответ на лечебные антитела.

Рецепторы

Альтернативным подходом является синтез измененных рецепторов ЭФР-А. Оба рецептора: ЭФР-Р1 и ЭФР-Р2 – являются растворимыми и оба связывают свободный ЭФР-А и ингибируют связывание полного рецептора.

Малые молекулы, идентифицированные при широких скрининговых программах, вошли в клинические испытания благодаря своей способности ингибировать тирозин-киназную трансдукцию, активирующуюся при связывании ЭФР-1 с его рецептором.

Интегрин альфа-бета3 – это два вещества, которые при объединении формируют рецептор к виментину. Показано блокирование ангиогенеза антителами к интегринам.

Другие вещества, такие как AGM1470 тоже могут блокировать ангиогенез. Немногие проведенные клинические испытания (1 и 2 фаза) позволяют прогнозировать клиническую эффективность. Побочные эффекты связаны с неврологическими осложнениями. Это интересная находка, позволяющая предположить взаимосвязь между регуляцией роста кровеносных сосудов и нейронов. Во-первых, направляющие рост аксона молекулы, такие как семафорин III и IV, делят рецепторы к нейропилину 1 и 2 вместе с членами семейства ЭФР. Во-вторых, лиганды и активаторы клеточной поверхности, вместе называемые эфрины, являются потенциальными медиаторами развития нейронов и в то же время – распределения эндотелиоцитов.

Ангиогенез в настоящее время рассматривается как ключевой фактор в развитии большого числа заболеваний: сахарного диабета, ревматоидного артрита, рака. Возрастающее число исследвоаний подтверждает, что физиологический ангиогенез и васкулогенез в плаценте являются основными процессами репродукции млекопитающих. Этот обзор позволяет определить новые направления терапевтических воздействий в будущем.

См. также другие переводы, научные статьи, обзоры, книги, диссертации и полезные ссылки в разделе "Врачам"