Сравнительный анализ морфофункционального состояния фетоплацентарного комплекса при сахарном диабете (обзор литературы)

ВВЕДЕНИЕ

Рост и развитие плода как подготовка человека к адаптации, выживанию и репродукции являются результатом взаимодействий всех компонентов высокоэффективной и интегрированной системы факторов роста и гормонов — фетоплацентарного комплекса, состоящего из различных органов и систем, которые по отдельности не обладают необходимыми возможностями. Он включает в себя эмбриональный, плацентарный и материнский компоненты.

Формирование плаценты — уникального органа, участвующего в обмене между матерью и плодом, имеет важное значение для успешного завершения беременности. Плацента быстро развивается в течение первых недель беременности, изменяя свою структуру и функцию, которая включает множество задач — от физиологической адаптации матери до иммунологического принятия, питания и поддержки развивающегося эмбриона. Плацентарные ворсины, омываемые материнской кровью, представляют собой транспортные единицы, которые доставляют питательные вещества и кислород развивающемуся плоду и очищают его от продуктов распада. В течение 9 месяцев беременности эти структуры претерпевают морфологические изменения. Мезенхимальные ворсины на ранних этапах беременности преобразуются в высоковаскуляризированные образования, эффективно извлекающие вещества из материнского кровотока и обеспечивающие адекватное питание во время быстрого роста плода [1].

Одним из основных этапов формирования плаценты является развитие ее высокоструктурированной и специализированной сети кровеносных сосудов, которое идет путем васкулогенеза (синтез кровеносных сосудов de novo начинается в конце 3-й недели беременности) и ангиогенеза (образование кровеносных сосудов из уже существующих, начинается в конце 4-й недели беременности). При васкулогенезе задействованы плюрипотентные стволовые клетки мезенхимы, с последующей дифференцировкой в эндотелиальные клетки, после чего запускается ангиогенез, включающий пролиферацию, миграцию и созревание эндотелиальных клеток матери и плода. Выделяют две стадии ангиогенеза: ветвящийся ангиогенез с образованием плотной сети петлевых капилляров и неветвящийся ангиогенез с образованием более длинных капилляров [2]. Обширная реконструкция сосудов и стабилизация сосудистого русла происходят во второй половине беременности, и фактор роста эндотелия сосудов (ФРЭС) принимает в этом непосредственное участие. Вазодилатация в ответ на ФРЭС опосредуется продукцией оксида азота и простагландина-I2 (простациклина) путем стимуляции эндотелиального рецептора ФРЭС-1 (flt-1) и рецептора ФРЭС-2 (Flk-1/KDR) [3, 4]. ФРЭС индуцирует рост эндотелиальных клеток сосудов, уменьшает апоптоз и увеличивает проницаемость [5]. При этом гипоксия является прямым стимулятором для экспрессии матричных РНК (мРНК) ФРЭС-A [4]. К другим стимулирующим факторам относят фактор роста фибробластов [6], инсулиноподобный фактор роста-1, тромбоцитарный фактор роста и воспалительные цитокины (интерлейкин-1α и интерлейкин-6), инсулин и гликемию [4, 7–9].

Цель настоящего обзора состояла в анализе и структурировании информации о влиянии сахарного диабета на формирование плаценты. Поиск литературы проводили в отечественных (eLibrary, CyberLeninka.ru) и международных (PubMed, Cochrane Library) базах данных на русском и английском языках по ключевым словам. Приоритетным являлся свободный доступ к полному тексту статей. Выбор источников был приоритетен периодом с 2016 по 2020 гг. Однако с учетом недостаточной изученности выбранной темы выбор источников датировался с 2001 г.

ВЛИЯНИЕ САХАРНОГО ДИАБЕТА НА ФОРМИРОВАНИЕ ФЕТОПЛАЦЕНТАРНОГО КОМПЛЕКСА

Гипергликемия, которая лежит в основе патогенеза сахарного диабета 1 и 2 типов (СД1 и СД2), а также гестационного сахарного диабета (ГСД), оказывает серьезное влияние на развитие и течение беременности. СД1 — это хроническое аутоиммунное заболевание, которое приводит к разрушению β-клеток поджелудочной железы, секретирующих инсулин, и вызывает абсолютный дефицит инсулина. СД2 обусловлен резистентностью к инсулину с относительной его недостаточностью. ГСД встречается только во время беременности и вызван нарушением углеводного обмена и чувствительности тканей к инсулину. Наличие диабета у матери, наряду с ожирением, увеличивает риск развития ожирения и СД2 у потомства в более позднем возрасте [10–12]. Женщины, рожденные от такой беременности, могут забеременеть, когда уже имеют избыточный вес или страдают ожирением, что, в свою очередь, увеличивает риски для следующего поколения. Этот непрерывный цикл способствует развитию ожирения и эпидемии СД2, которая наблюдается во всем мире [13]. Беременные женщины с диабетом, диагностированным до зачатия, подвержены риску врожденных пороков у плода, гипертензивных расстройств (хроническая артериальная гипертензия и преэклампсия), нарушений роста плода и внутриутробной гибели плода [14]. Пациентки с ГСД имеют высокие риски развития гипертензии, нарушений развития плода [15]. Для всех пациенток характерны высокие показатели оперативного родоразрешения и недоношенности [15, 16].

При сахарном диабете часто встречаются такие аномалии плаценты, как повышенная частота незрелости ворсин, увеличение массы плаценты и усиление ангиогенеза (табл. 1) [17, 18].

Таблица 1. Изменения плаценты при сахарном диабете 1 и 2 типов и гестационном сахарном диабете по сравнению с группой контроля (здоровые женщины)

Сосудистые изменения могут нарушить функцию плаценты и поставить под угрозу исход беременности. СД приводит к атеросклерозу, который ухудшает маточно-плацентарный кровоток, способствует образованию множественных синцитиальных узелков (их количество отражает выраженность ишемии плаценты и нарушений ее кровоснабжения) и ускоряет отложение фибрина вокруг ворсин хориона [19–21]. Тяжелая гипоксия приводит к дегенерации ворсин, несмотря на стимуляцию ФРЭС [3]. В плацентах от пациенток с СД экспрессия ФРЭС более выражена по сравнению с плацентами от здоровых женщин [22]. Колебания в экспрессии ФРЭС могут способствовать развитию различных гистопатологических изменений в диабетических плацентах: незрелость ворсин, повышенная васкуляризация, разрастание гиповаскулярных ворсин, синцитиальных узелков в ворсинах, увеличение объема паренхиматозной ткани, увеличение количества капилляров в терминальных ворсинках и увеличение объема трофобласта [23–25].

Нормогликемия и строгие целевые показатели при ГСД не всегда гарантируют защиту от развития сосудистых патологий (хотя это и позволяет обеспечить профилактику метаболических и сердечно-сосудистых нарушений у плода в будущем [26, 27]): имеющиеся метаболические нарушения тормозят реактивность сосудов плаценты и пуповины [28]. При ГСД плод получает избыточное количество питательных веществ — феномен, который зависит от тонуса фетоплацентарных сосудов и кровотока. Поскольку в дистальном сегменте пуповины и плаценте отсутствует иннервация, локальная регуляция тонуса сосудов является результатом синтеза, высвобождения и биологической активности эндотелиальных вазодилататоров и вазоконстрикторов [28–30]. При ГСД развивается выраженная дилатация фетоплацентарных сосудов на фоне повышенной концентрации эндогенного нуклеозида аденозина (мощный вазодилататор) в крови пупочной вены, а также на фоне измененной экспрессии рецепторов к инсулину и аденозину в эндотелии [31]. Возможно, у женщин с ГСД происходит нарушение в обмене аденозина (поглощение, высвобождение, метаболизм) микро- и макрососудистым эндотелием фетоплацентарного комплекса [32].

На фоне ГСД активируются различные стрессорные сигналы, нарушающие функцию эндоплазматического ретикулума (ЭР) [8]. Это запускает стресс ЭР — дезадаптивную реакцию, приводящую к перегрузке ЭР и нарушению его функции, которая заключается в синтезе и переработке секреторных и мембранных белков, биосинтезе липидов и накоплении кальция [33]. Инсулин непосредственно участвует в запуске стресса ЭР, что манифестирует развитием резистентности к инсулину [34]. Дезадаптация ЭР коррелирует с активацией воспалительного ответа, индуцирующего секрецию интерлейкина-1α и -1β в жировой ткани беременных, страдающих ожирением или ГСД. Поскольку интерлейкин-1β вносит большой вклад в патофизиологию ожирения при беременности и ГСД, ингибирование его синтеза, индуцированного стрессом ЭР, может быть потенциальным терапевтическим подходом для снижения риска гестационных осложнений, вызванных ожирением матери и ГСД, в том числе для улучшения чувствительности к инсулину [35].

СД1 и СД2 могут нарушать процесс как васкулогенеза, так и ангиогенеза, в отличие от ГСД, который имеет выраженный негативный эффект на поздних этапах беременности и в меньшей степени влияет на васкулогенез [36]. Это приводит к увеличению ветвления и площади поверхности ворсинчатых капилляров за счет гипоксии плаценты в результате фетальной гипергликемии [4]. Последняя, в свою очередь, вызывает гиперинсулинемию плода, чрезмерно активируя внутриутробный метаболизм, ведущий к увеличению потребности в кислороде [37]. Вероятно, что гипоксия плода способствует экспрессии ангиогенных факторов во время физиологического плацентарного ангиогенеза в I триместре беременности, когда уровень кислорода снижается [4]. Поскольку уровень фактора роста фибробластов-2 также регулируется гипоксией и повышается как в плаценте, так и в пуповинной крови при беременности, протекающей на фоне ГСД, этот фактор роста выступает в качестве кандидата гиперваскуляризации плаценты [38].

Особенности сосудистого русла в диабетических и нормальных плацентах были изучены с помощью компьютерной томографии (КТ) в работе Thunbo M. и соавт. [39]. Проанализирован объем фетоплацентарного сосудистого пространства с помощью послеродовой КТ-ангиографии плацент с контрастом при нормальной беременности (27 беременностей) и при осложнениях у пациенток с СД1 (25 беременностей), с ГСД на диете (8 беременностей) и ГСД на инсулинотерапии (9 беременностей), а также проведено гистологическое исследование плацент. Коэффициент объема фетоплацентарных сосудов/вес плаценты (КОФС/ВП) и коэффициент объема фетоплацентарных сосудов/вес при рождении (КОФС/ВПР) в основных группах сравнивали с группой контроля с поправкой на гестационный возраст при рождении. При нормальной беременности объем фетоплацентарного сосудистого русла увеличивался с увеличением срока беременности, веса плаценты и веса при рождении. При беременностях с СД1 и ГСД на инсулинотерапии вес плаценты с поправкой на гестационный возраст и вес при рождении оказались выше по сравнению с нормальной беременностью (р<0,05). Отношение КОФС/ВПР было значительно снижено при беременностях с СД1 и ГСД на инсулинотерапии по сравнению с нормальными беременностями (р=0,003 и р=0,009 соответственно), в том числе было зарегистрировано более низкое отношение КОФС/ВП. Несмотря на большую плаценту, макросомный плод снабжает относительно маленький объем фетоплацентарных сосудов. Эти данные могут объяснить, почему у плодов от беременности при СД на инсулинотерапии наблюдается повышенная уязвимость к внутриутробной и интранатальной асфиксии. Гистологическое исследование подтвердило, что патология плаценты преимущественно наблюдается при беременностях, осложненных инсулинозависимым диабетом [39].

Поражения плаценты, развивающиеся при сахарном диабете, делят на материнские (инфаркты, ретроплацентарное кровоизлияние, гипоплазия ворсин, ускоренное созревание ворсин, децидуальная артериопатия) и фетальные (тромбоз, хорангиоз и хорангиоматоз) согласно Амстердамской классификации [40]. Whittington J.R. и соавт. проанализировали ретроспективную когорту пациенток с догестационным диабетом (48 пациенток с СД1 и 140 женщин с СД2) и ГСД (296 пациенток) в сравнении с группой контроля (106 участниц) [41]. Было обнаружено, что ускоренное созревание ворсин [отношение шансов (ОШ) 8,45, 95% доверительный интервал (ДИ) 1,13–62,95] и увеличение массы плаценты [ОШ 3,131, 95% ДИ 1,585–6,293] были значительно выше в плацентах от женщин с СД, при этом тромботические осложнения в них встречались реже по сравнению со здоровыми участницами после поправки на гипертензию. Ускоренное созревание ворсин — патология плаценты, которая свидетельствует о гипоксемии и часто наблюдается при беременности, осложненной гипертензивными расстройствами. Тромботические поражения сосудов плода ассоциируются с преэклампсией (ПЭ), задержкой внутриутробного развития и мужским полом. В группе ГСД плацентарные нарушения не отличались от группы контроля после поправки на гипертонические расстройства, что свидетельствует о роли гипертонии в развитии данных осложнений при указанном типе диабета. В группе диабета ускоренное созревание ворсин было связано с гипертонией (p=0,0102), ПЭ (p<0,0001) и неблагоприятными перинатальными исходами: преждевременным разрывом плодных оболочек (p<0,0175), низким весом при рождении (p=0,0023) и более низкими баллами по шкале Апгар (р<0,0001). Гликемический контроль как в I, так и в III триместре не оказывал статистически значимого влияния на ускоренное созревание ворсинок (p=0,06), что можно объяснить небольшой выборкой [41].

Вклад в изучение особенностей весовых показателей плаценты и их взаимосвязь с ГСД внесли и российские ученые. В работе И.В. Бариновой и соавт. были проанализированы показатели массы 2208 плацент, полученных при поздних абортах и родах. На основании зарегистрированных данных исследователями были разработаны перцентильные значения массы плаценты, определена диагностическая ценность числового показателя массы плаценты при ГСД [42]. В группе пациенток, беременность которых протекала на фоне ГСД, медиана распределения массы этого органа оказалась статистически значимо выше, чем у всех остальных обследованных женщин, при этом результаты гистологического исследования подтвердили множественные патологические изменения в изучаемых тканях.

Точные механизмы, объясняющие увеличение массы плаценты при диабете, остаются неясными. Данные литературы свидетельствуют о повышении иммунореактивности маркеров клеточной пролиферации: ядерного антигена пролиферирующих клеток (вспомогательный фактор репарационной ДНК-полимеразы, участвующей в репликации хромосомной ДНК) и Ki-67 (ядерный белок, который связан с клеточной пролиферацией) в цитотрофобластах ворсинок, синцитиотрофобласте, стромальных клетках и эндотелиальных клетках в диабетических плацентах [43]. Кроме того, в диабетических плацентах наблюдается большее число ворсин цитотрофобласта и ядер синцитиотрофобласта, чем в нормальных плацентах. Эти изменения могут способствовать увеличению размера плаценты [43].

Увеличение массы плаценты при беременности с ГСД может быть вызвано нарушением регуляции гибели клеток трофобласта. Апоптоз (запрограммированная гибель клеток) и аутофагия (катаболический процесс, включающий инвагинацию и деградацию цитоплазматических компонентов через лизосомальный путь) являются биологическими процессами, которые играют важную роль в развитии и гомеостазе тканей [44]. Аутофагия и апоптоз часто ко-активируются в ответ на стресс, и оба вовлечены в различные физиологические или патологические процессы, включая клеточную дифференцировку и гибель клеток. Они участвуют в развитии плаценты человека, а их усиление наблюдается при осложнениях беременности, таких как ПЭ и задержка роста плода, в результате объем плаценты уменьшается [44]. Существенную роль в регуляции аутофагии и апоптоза играют белки семейства Bcl-2 [45].

Hung T.H. и соавт. сравнили плаценты от женщин с ГСД, беременность которых закончилась рождением крупного плода или плода с нормальным весом, и плаценты здоровых участниц [46]. В результате было обнаружено, что плаценты женщин с ГСД и крупным плодом имели больший вес, меньше аутофагических и апоптотических изменений, но больше пролиферирующих клеток (повышенная иммунореактивность Ki-67). Эти изменения были связаны с увеличением Bcl-xL (антиапоптотический белок) и снижением уровня Bak (проапоптотический белок). При этом в плацентах у женщин с ГСД и нормальным весом плода не найдено различий в уровнях аутофагии, апоптоза, пролиферации, уровня белков семейства Bcl-2 в сравнении с плацентами здоровых женщин. Используя первичные клетки цитотрофобласта в качестве модели, авторы продемонстрировали, что повышение концентрации глюкозы в культуральной среде было связано со снижением аутофагических и апоптотических процессов по сравнению со стандартными условиями культивирования. Гипергликемия также приводила к более высоким уровням Bcl-xL и более низким уровням Bak и Bad (проапоптотический белок), чем при стандартных условиях культивирования [46]. Это подтверждает факт, что женщины с ГСД с плохим гликемическим контролем чаще имеют крупных детей или макросомию, так как гипергликемия матери способствует развитию гиперинсулинемии плода и его чрезмерному росту [47].

Еще одним патогенетическим механизмом развития эндотелиальной дисфункции сосудов плаценты и ПЭ на фоне ГСД может быть воздействие микроРНК – трансляционных репрессоров, регулирующих экспрессию генов. Взаимосвязь hsa-miR-4532, hsa-miR-34c-5p, hsa-miR-193b-5p и риска развития ПЭ и ГСД была отражена в работе В.С. Пакина и соавт., в которой были зарегистрированы статистически значимые различия в экспрессии his-miR-45a (p<0,0001) при ПЭ, развившейся на фоне ГСД, в сравнении с таковой без ГСД. Изменения в содержании микроРНК в плаценте, возможно, являются потенциальными маркерами нарушенной инвазии трофобласта и гиперкоагуляции, активирующихся при ПЭ [48]. Скорость роста плаценты наибольшая в I триместре – периоде, который является самым критическим в формировании этого органа. На ранних этапах развития она проявляет большую пластичность, чем позднее во время беременности. Поскольку в I триместре инсулиновые рецепторы в основном расположены на поверхности синцитиотрофобласта, высокий уровень инсулина может напрямую регулировать рост плаценты [13]. Метаболические события на ранних сроках влияют на формирование плаценты, ее рост и развитие, важную роль в которых играет материнский инсулин, однако механизм, с помощью которого глюкоза/инсулин могут активировать ранний рост плаценты, остается неясным. Возможно, стимулирующим фактором является слияние цитотрофобласта с синцитиотрофобластом, что приводит к увеличению трофобласта, ответственного за транспорт питательных веществ к плоду. Инсулин посредством активации протеинкиназы-В синцитиотрофобласта индуцирует матриксную металлопротеиназу-14 (ММР14) — фермент, расположенный на поверхности цитотрофобласта. MMP14 участвует в процессе слияния и активируется во время беременности с СД1, так как уровни MMP14 коррелируют со средней суточной дозой инсулина — косвенным показателем уровня циркулирующего инсулина в I триместре [49].

Внеклеточная гипергликемия активирует митохондриальную активность в клетках, усиливая образование активных форм кислорода (АФК), поэтому дисфункция митохондрий может способствовать дезадаптации плаценты при диабете и ожирении. Известно, что некоторые гены, регулирующие метаболизм митохондрий, подавляются в трофобласте женщин с ожирением в I триместре по сравнению с женщинами без ожирения [50]. Исследования митохондриальной дисфункции in vitro затруднительны, так как при этом обычно используют 21% кислорода, что создает состояние гипероксии, которое, вероятно, подавляет механизмы клеточной антиоксидантной защиты [51]. Но когда трофобласт в I триместре инкубировали при более низком, физиологическом, напряжении кислорода, гипергликемия повышала уровни АФК и не зависела от митохондриальной активности, что свидетельствует о немитохондриальной генерации окислителей [51]. Изменения в напряжении кислорода в межворсинчатом пространстве являются физиологическим ответом на ремоделирование спиральных артерий в децидуальной оболочке и ключевым фактором раннего развития плаценты [49]. Любые изменения в ремоделировании спиральных артерий, провоцируемые материнским диабетом и/или ожирением, будут влиять на концентрацию кислорода, доставляемого в межворсинчатое пространство, и менять его напряжение, вызывая адаптацию плаценты [49].

Фетальная гипергликемия на ранних сроках, а также повышенная концентрация других активаторов секреции инсулина (лейцин и аргинин) стимулируют поджелудочную железу плода. Как результат возникает гиперинсулинемия плода, которая усиливает градиент концентрации глюкозы в крови матери и плода с последующим увеличением потока глюкозы к плоду («фетальная кража глюкозы») [52]. Ранняя гиперинсулинемия плода считается ключевым фактором липогенеза, который способствует чрезмерному накоплению жировой ткани и увеличению массы плода [53]. Потенциальный вклад могут оказывать материнские липиды, в частности триглицериды, которые гидролизуются на поверхности синцитиотрофобласта эндотелиальной липазой с выделением свободных жирных кислот [54]. Высокая концентрация материнских триглицеридов часто связана с диабетом и ожирением, что приводит к повышению концентрации свободных жирных кислот на материнской стороне плаценты. Эти жирные кислоты поглощаются синцитиотрофобластом и после переэтерификации (обмена радикалами) хранятся в виде липидных капель. При избыточном накоплении материнских жирных кислот они поступают в кровоток плода. Доля жирных кислот материнского происхождения в общем пуле жирных кислот плода неизвестна, но общий трансплацентарный перенос невысок (2–3%) [55].

Одними из важных участников имплантации и развития плаценты являются кисспептины, регулирующие инвазию трофобласта, при этом сам трофобласт синтезирует данные пептиды. Нарушение инвазии ассоциировано с ПЭ и СД [56]. Ключевую роль среди всех указанных пептидов играет кисспептин-1 (KISS1), который действует через рецептор кисспептина KISS1R в клетках трофобласта. Экспрессия мРНК KISS1 и KISS1R наиболее высока в I триместре беременности и снижается к концу гестации, т.е. активность этих пептидов связана с наиболее критическим периодом регуляции инвазии, поэтому нарушения в их экспрессии могут приводить к развитию неблагоприятных перинатальных исходов: задержке внутриутробного развития плода, преждевременным родам и ПЭ [57].

Kapustin R.V. и соавт. исследовали экспрессию KISS1 и KISS1R при нормальной беременности, беременности при СД1, СД2, ГСД и беременности, осложненной ПЭ [58]. Самые высокие показатели экспрессии KISS1 были обнаружены в группах ПЭ (35,4%) и ГСД (33,2%). В случае СД уровни экспрессии KISS1 зависели от присутствия ПЭ и были выше по сравнению с СД без ПЭ и контрольными группами. Самая низкая экспрессия была обнаружена в контрольной группе (14,1%). Была обнаружена сильная прямая корреляционная связь между ПЭ и экспрессией KISS1 (r=0,81) и KISS1R (r=0,56), а также обратная корреляционная связь между KISS1 и низким весом при рождении (r=-0,73). Не зарегистрировано корреляций между экспрессией плацентарных KISS/KISS1R и весом плаценты или уровнем гликированного гемоглобина. Авторы сделали вывод, что повышенные уровни экспрессии KISS1 и KISS1R на фоне диабета могут принимать участие в нарушении формирования плаценты и приводить к развитию ПЭ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рост и созревание плода находятся под влиянием многокомпонентной системы фетоплацентарного комплекса с различными уровнями регулирования. Метаболический статус матери, наличие СД могут приводить к неблагоприятным перинатальным исходам. При этом СД1 с учетом аутоиммунного компонента, лежащего в основе его патогенеза, СД2 и ГСД, в основе которых лежит нарушенная чувствительность тканей к инсулину, оказывают различное влияние на фетоплацентарный комплекс, выступая в роли эпигенетических факторов, формируя среду для плода в зависимости от преобладающих внутриутробных условий, что в дальнейшем может отрицательно сказаться на здоровье будущего ребенка.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фонда «Аутоиммунные эндокринопатии с полиорганными поражениями: геномные, постгеномные и метаболомные маркёры. Генетическое прогнозирование рисков, мониторинг, ранние предикторы, персонализированная коррекция и реабилитация» (Грант РНФ № 17-75-30035).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов. Все авторы внесли значимый вклад в написание статьи, прочли и одобрили финальный вариант.