Посещений:
СОЗРЕВАНИЕ ПЛОДА И ПОДГОТОВКА К РОДАМ

Роль Плодных Мембран

Role of fetal membranes in signaling of fetal maturation and parturition
LESLIE MYATT and KANG SUN
Int. J. Dev. Biol. 54: 545-553 (2010) doi: 10.1387/ijdb.082771lm

The fetal membranes fulfill several functions during pregnancy. In addition to containing the products of conception and amniotic fluid, they presumably have barrier functions and fulfill paracrine signaling functions between the maternal (decidual) and fetal compartments. As the membranes are in an ideal place to receive both maternal and fetal signals and transmit signals to uterine myometrium, there has been a specific focus on the role of membranes in the initiation and maintenance of parturition. In this review, we summarize the data obtained in our laboratories as well as the data reported in the literature particularly with regard to the synthesis of steroids and prostaglandins in the fetal membranes, in signaling fetal maturation and in parturition. The fetal membranes are a major site both of prostaglandin synthesis and of prostaglandin metabolism. In addition, the abundant expression of 11β-hydroxysteroid dehydrogenase 1 (11β-HSD1), which converts biologically inactive cortisone into active cortisol, in the fetal membranes may provide an extra-adrenal source of glucocorticoids for the fetal compartment during gestation. Accumulating evidence indicates that a positive feedback loop involving glucocorticoids, proinflammatory cytokines, prostaglandins, surfactant protein-A (SP-A) and 11βHSD1 is formed locally in human fetal membranes towards term or in preterm labor. This positive feedback loop would produce abundant biologically active glucocorticoids and prostaglandins in the fetal membranes or amniotic fluid, which would ultimately promote fetal organ maturation and initiate parturition.
К моменту рождения мембраны человеческого плода, представленные тканевыми слоями амниона и хориона, human fetal membranes comprised of amnion and chorion tissue представлены областью приблизительно в 1000-1200cm2 , при этом 30% покрывают плаценту, а оставшиеся 70% относятся к мембранам, которые взаимодействуют с децидуальной оболочкой. Плодная поверхность мембран представлена одиночным слоем эпителия амниона, поддерживаемого базальной мембраной, покоящейся на толстом слое коллагена, содержащего фибробласты. Соотношение эпителиальных клеток к фибробластам в амнионе равняется приблизительно 10 к 1. Тонкий губчатый слой соединяет коллагеновый слой с хориональным, представленным цитотрофобластами, а эти трофобласты контактируют с decidua. Плодные мембраны выполняют несколько функций во время беременности. Помимо содержания продуктов зародыша и амниотической жидкости они обладают барьерными функциями и выполняют функцию передачи паракринных сигналов между материнским (decidual) и плодным компартментами. В отличие от большинства животных человеческие плодные мембраны не васкуляризированы, это, по-видимому, сильно ограничивает их функцию в качестве поверхности обмена питательными веществами между матерью и плодом. Т.к. мембраны находятся в идеальном месте для получения как материнских, так и плодных сигналов, и передают сигналы миометрию матки, это обращает специфическое внимание на роль мембран в инициации и поддержании родов, особенно в связи с их синтезом стероидов и простагландинов. Глюкокортикоиды, как известно, играют ключевую роль в созревании плода, напр., созревании легких в предвидении внематочной жизни, и у некоторых видов являются медиаторами в инициации работы. Телеологически можно ожидать, что как часть интегрального сигнального пути глюкокортикоиды могут играть роль в созревании и инициации родов. Это четко показано на видах животных, напр., овцах, однако доказательства менее ясны у человека. Помимо влияния на циркуляцию стероидов у плода и матери плодные мембраны также локально синтезируют и метаболизируют стероиды, особенно глюкокортикоиды.

Prostaglandin synthesis and metabolism in fetal membranes


Prostaglandins играют важную роль в инициации и поддержании родов (labor) (Gibb, 1998). Плодные мембраны являются основным местом как синтеза, так и метаболизма простагландинов, однако это может быть компартментализовано в разных типах клеток, представляющих мембраны. Простагландины являются мощными стимуляторами миометрия беременных, при этом количество, достигающее миометрия будет зависеть от экспрессии и активности prostaglandin synthases (PGHS) в амнионе и хорионе и активности 15 hydroxy prostaglandin dehydrogenase (PGDH) в хориональном трофобласте, которые балансирует синтез и метаболизм соотв., чтобы предупредить или ограничить поступление простагландинов из амниона в миометрий преждевременно. В самом деле, мы (Bennett et al., 1990; Mitchell et al., 1993; Nakla et al., 1986) и др. показали, что очень небольшие количества простагландинов могут переходить через плодные мембраны без превращения из в неактивные метаболиты, демонстрируя тем самым эффективность барьера. Возрастает только синтез, но и активность и экспрессия PGDH в хориональном трофобласте достоверно ниже у пациенток во время родов, тем самым делается возможным поступление более активного простагландина в миометрий (Pomini et al., 2000). Регуляция экспрессии PGDH исследована всесторонне. Некоторые агенты, как было установлено, обладают реципрокным эффектом на синтез и метаболизм PG, такие агенты стимулируют экспрессию PGHS и PG, ингибируя PGDH и наоборот (Casciani et al., 2008). Т.о., величина синтеза и метаболизма PG's с помощью плодных мембран и величина биоактивных PG's подвержены тонкому контролю. Corticotropin-releasing hormone (CRH), действуя посредством calcium-зависимого пути стимулирует активность PGDH в хориональном трофобласте (McKeown et al., 2003). Cortisol снижает, а progesterone поддерживает активность PGDH при этом оба стероида действуют посредством PR и GR рецепторов (Patel et al., 2003). Т.о., любое увеличение концентрации cortisol или снижение progesterone к моменту родов может позволять более активным простагландинам достигать миометрия из плодных мембран. Далее у индивидов с преждевременными родами с инфекцией снижение количества клеток хорионального трофобласта, экспрессирующих PGDH активность, сравнимо с таковым у пациенток с идиопатическими преждевременными родами, это указывает на то, что нечто позволяет более биоактивным PG's поступать в миометрий (Van Meir et al., 1996).

Phospholipases


Повышенный синтез простагландинов плодными мембранами возникает во время нормальных своевременных родов и при преждевременных родах (Bleasdale et al., 1984). Субстратом для синтеза простагландинов является arachidonic кислота в клеточных мембранах, откуда она высвобождается с помощью энзима phospholipiase , в частности, phospholipase A2. Существует, по крайней мере, 15 различных изоформ phospholipase A2 с разным клеточным расположением и функциями (Schaloske et al., 2006). Продемонстрирована роль типа IV или 85kDa cytosolic phospholipase A2 в плодных мембранах, особенно в амнионе. Активность цитозольная PLA2 в амнионе человека увеличивается с возрастом беременности и является наивысшей к моменту рождения в отсутствии родов (Skannal et al., 1997). Критическая роль cPLA2 при родах иллюстрируется находкой, что cPLA2 нулевые мыши неспособны к рождению потомства (Uozumi et al., 1997). Энзим транслоцируется из цитозоля в ядерную мембрану, когда фосфорилируется с помощью стимулирования цитокинами, но при добавлении de novo экспрессии как cPLA2 (Xue et al., 1995) , так и PGHS2 быстро стимулируются с помощью цитокинов как непосредственно ранние гены. Это обеспечивает быструю индуцибельную экспрессию этих двух энзимов, чтобы высвободить arachidonic кислоту и превратить её в PG endoperoxide, PGH2, скоординированным образом в условиях, при которых необходима стабильная продукция PGE, напр., при родах. Энзим PGHS-2 также располагается на ядерной оболочке, хотя два энзима, по-видимому, функционально связаны в разных клеточных местах.

Prostaglandin synthases


Превращение arachidonic кислоты в PGH2 катализируется с помощью одной из двух изоформ prostaglandin H synthase (PGHS). PGHS-1 постоянно экспрессируется, тогда как PGHS-2 может быть индуцирована с помощью про-воспалительных цитокинов, таких как IL-1β . В плодных мембранах увеличение синтеза PG при рождении, в основном PGE2 чётко ассоциирует с усилением экспрессии PGHS-2 (Gibb and Sun 1996; Mijovic et al. 1997). Нестабильная PG endoperoxide PGH2 может быть превращена в ряд первичных PG's с помощью различных специфических синтаз (Smith, 1992). Энзим PGE синтаза появляется как цитозольная (cPGES) и микросомальная (mPGES) изоформа. cPGES идентична p23, 23kDa шаперону, который связывается с хитшоковым белком 90 (Weaver et al., 2000) и, по-видимому, экспрессируется постоянно. Кроме того, cPGES ассоциирует с и фосфорилируется с помощью casein kinase 2 (Kobayashi et al., 2004), приводя к активации cPGES и увеличению продукции PGE2. Hsp 90, по-видимому, является клеточным каркасом, который позволяет сформироваться stoichiometric комплексу между kinase 2, hsp90 и cPGES. Эксперименты по котрансфекции и антисмысловые эксперименты показали, что cPGES связана с PGHS-1 (Han et al., 2002). Человеческая mPGES-1 является белком в 16kDa, родственным microsomal glutathione transferase-1, и является индуцибельным членом сверхсемейства MAPEG (membrane associated protein involved in eicosanoid and glutathione metabolism) (Forsberg et al., 2000). Этот энзим может быть индуцирован с помощью LPS и цитокинов (Mancini et al., 2001) и, по-видимому, колокализуется с PGHS-2 в околоядерной мембране (Kudo et al., 1999; Thoren et al., 2000). Др. ассоциированная с мембраной форма PGES это mPGES-2, которая содержит каталитический glutaredoxin/thioredoxin-подобный домен (Tanikawa et al., 2002) и синтезируется как связанный с мембраной Гольджи белок, но который заканчивается в цитозоле после протеолитического отщепления N-терминального гидрофобного домена. Эта изоформа, по-видимому, связана или с PGHS-1 или -2 (Murakami et al., 2003) и экспрессируется постоянно.
Нами получены данные, показавшие клеточную локализацию cPGES и mPGES-1 человеческих плодных мембранах (Meadows et al., 2003). Цитозольный PGES локализуется в эпителии амниона, амниотических фибробластах и макрофагах в слое хорионального трофобласта. Микросомальная PGES-1 локализуется в эпителии амниона и хориональном трофобласте. С помощью western bot анализа мы не обнаружили различий в клеточной экспрессии mPGES-1 или cPGES в при или вне родов или в срок или преждевременно (Meadows et al., 2003). Это подтверждает, что экспрессия PGE synthases не является скорость ограничивающей синтез PG при родах, но что экспрессия cPLA2 или PGHS-2 , по-видимому, является таковой.

Glucocorticoids and prostaglandin synthesis in fetal membranes


Глюкокортикоиды обычно используются для лечения иммунных и воспалительных заболеваний. Характерным противо-воспалительным действием глюкокортикоидов является то, что они супрессируют индуцированный цитокином синтез prostaglandin (Hoeck et al., 1993; Newton et al . 1997). Ранее мы показали, что глюкокортикоиды супрессируют цитокинами индуцируемую экспрессию cPLA2 и PGHS expression в иммортализованной линии эпителиальных клеток амниона (Xue et al., 1996). В определенных клетках, однако, глюкокортикоиды действуют парадоксально путем стимулирования скорее, чем ингибирования продукции PG, как это имеет место в слизистой желудка крыс, мышиных фибробластах и легких плодов крыс (Avunduk et al., 1992; Chandrabose et al., 1978; Tsai et al., 1983). Известно, что имеется столь же массивное увеличение уровней в плазме как cortisol так и PGs во время родов (Casey et al., 1985). В первичной клеточной культуре плодных мембран человека глюкокортикоиды парадоксально стимулировали синтез PGE2 (Zakar et al. 1995; Economopoulos et al. 1996). В ткани амниона как амниотические эпителиальные клетки, так и фибробласты экспрессируют энзимы cPLA2 , PGHS-2 и PGE synthase. Однако глюкокортикоиды, по-видимому, стимулируют только PGE2 в фибробластах (Blumenstein et al., 2000; Gibb et al., 1990). Амниотические фибробласты продуцируют примерно в 50 раз больше PGE2 на клетку, чем амниотический эпителий, что делает их наиболее богатым источником PGE2, на смотря на 10-кратное превышение в количестве эпителиальных клеток (Sun et al., 2003), это может быть объяснено их более высокой экспрессией PGHS-2 по сравнению с эпителием, при этом отсутствуют различия в экспрессии cPLA2, cPGES или mPGES-1. Поэтому фибробласты могут быть основным источником PGE2 при родах. Глюкокортикоиды четко обеспечивают зависимую от концентрации стимуляцию синтеза PGE2 в фибробластах, это сопровождается позитивной регуляцией экспрессии cPLA2 и PGHS-2 (Sun et al. 2003). Напротив. в тех же самых экспериментах глюкокортикоиды не оказывали эффекта на экспрессию cPGES или mPGES-1 expression. Индукция экспрессии cPLA2 , PGHS-2 и высвобождение PGE2 с помощью глюкокортикоидов блокировались с помощью RU486. который блокировал как GR так и PR (Mahajan et al., 1997). Т.к. в амнионе не описан PR , то trilostane ингибитор 3βHSD и эндогенный синтез прогестерона не влияют на продукцию cPLA2, PGHS-2 и PGE2 амниотическими фибробластами, поэтому мы полагаем, что эффект RU486 осуществляется посредством GR скорее, чем PR (Sun et al. 2003).
Ранние исследования с использованием иммортализованного амниотического эпителия, WISH клеток, было показано, что dexamethasone снижает цитокинами индуцированную экспрессию и активность cPLA2 и PGHS-2 (Xue et al., 1996) благодаря вмешательству транскрипционного фактора, соединяющегося с промоторами NFkB и CRE (Wang et al., 1998). Далее мы продемонстрировали, что как dexamethasone, так и Il-1β индуцируют продукцию PGE2, экспрессию мРНК и белка cPLA2 в первичных амниотических фибробластах (Sun et al., 2006b). Используя cPLA2 промоторную репортерную конструкцию мы продемонстрировали, что эффект не был антагонистическим , а был синергичным. Недавно мы показали с помощью chromatin immunoprecipitation (ChIP) и метода сдвига электрофоретической подвижности, что этот парадокс индукции глюкокортикоидами экспрессии cPLA2 связан с непосредственным связыванием с промотором гена GR в амниотических фибробластах (Guo et al., 2008).

Cortisol in the fetal circulation


Глюкокортикоиды участвуют в процессе созревания плода, в регуляции иммунной реакции и во многих физиологических изменениях, ассоциированных с беременностью (Gonzales et al., 1986; Whittle et al., 2001). Исследования на животных подтвердили, что плодный кортизол также может выполнять критическую роль в инициации родов (Challis et al. 2000; Whittle et al. 2001; Liggins and Thorburn 1994; Jenkin and Young 2004). У овец гипофиз плода продуцирует повышенные количества кортизола в конце беременности и как результат происходит созревание hypothalamus-pituitary-adrenal ось (HPA ось). Достигнув плаценты этот кортизол способен стимулировать экспрессию критических энзимов, участвующих в синтезе эстрогена и простагландинов, которые могут стимулировать сокращения матки. Одним из энзимов, индуцируемых с помощью кортизола является P450C17 hydroxylase (P450C17), который превращает прогестерон в эстроген (Anderson et al., 1975; Flint et al., 1978; Ma et al., 1999). Повышенная экспрессия P450C17 ведет к быстрому росту уровня эстрогена и падению прогестерона в конце беременности. Др. энзим, индуцируемый с помощью кортизола это PGHS-2), который является ключевым индуцибельным энзимом в синтезе простагландина (Wu et al., 2001).
Ситуация у человека, по-видимому, более сложная. Хотя кортизол также может усиливать экспрессию prostaglandin синтезирующих энзимов (Zakar et al. 1995; Economopoulos et al. 1996; Blumenstein et al. 2000), и синтез corticotrophin-releasing hormone (CRH) (Cheng et al., 2000; Karalis et al., 1996; McLean et al., 1995) в плаценте и плодных мембранах человека, но из-за отсутствия P450C17 в плаценте человека синтез эстрогена зависит от предшественника dehydroepiandrosterone sulfate (DHEAS), но не от прогестерона (Challis et al., 2000). Следовательно, несмотря на прогрессивное увеличение уровня глюкокортикоидов в кровообращении матери и плода и в амниотической жидкости по мере беременности уровни прогестерона и эстрогена возрастают с возрастом беременности у человека (Casey et al. 1985; Challis et al. 2000). Материнские и плодные надпочечники являются двумя основными источниками DHEAS во время беременности. Чтобы удовлетворить нужду в синтезе эстрогена с помощью плаценты при беременности, размеры надпочечников плода человека непропорционально крупные по сравнению с размером тела и это не исчезает в течение первых трех мес. жизни (Mesiano and Jaffe 1997). Большую часть надпочечников плода человека представляет плодная зона, которая синтезирует DHEAS, тогда как переходная и дефинитивная зоны, способные синтезировать кортизол представлены только небольшой пропорцией надпочечников плода (Mesiano et al., 1997). Более того, 3β-HSD, энзим, ответственный за синтез de novo кортизола из холестерола не экспрессируется в надпочечниках плода вплоть до последнего триместра беременности (Mesiano et al., 1997). Следовательно, в принципе стероиды, продуцируемые надпочечниками плода человека, являются DHEA и DHEAS скорее, чем cortisol во время беременности. Однако, они могут синтезировать небольшие количества кортизола, начиная с 10 недели беременности, используя progesterone в качестве предшественника (Mesiano et al., 1997). С появлением экспрессии 3β-HSD в конце беременности надпочечники плода человека могут начать синтезировать ограниченные количества cortisol из холестерола (Ohrlander et al., 1976; Mesiano and Jaffe 1997). Следовательно, в сравнении с др. животными, концентрация кортизола в плодах человека возрастает более медленно и в более скромной степени в конце беременности. Напротив, уровень кортизола в кровообращении матери и амниотической жидкости возрастает драматически, достигая micromolar концентрации на поздних сроках беременности (Blankstein et al., 1980).
Уникальная структура и функция надпочечников плода человека может способствовать нормальному развитию плода птем поддержания продукции эстрогена в плаценте и снижения уровня кортизола в кровообращении плода во время беременности, тогда как высокие уровни циркулирующих глюкокортикоидов, как известно, являются тератогенными для растущего плода (Seckl et al., 2000; Shams et al., 1998). Низкий уровень кортизола в кровообращении плода гарантируется присутствием 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11βHSD2) в плаценте и плодных тканях (Seckl et al., 2000; Shams et al., 1998). 11β-HSD2 является NAD зависимой оксидазой, способной превращать кортизол в биологически неактивный кортизон (Draper et al., 2005; Seckl, 1993). Иммуногистохимия показала, что этот высоко эффективный энзим локализуется в syncytiotrophoblast слое плаценты человека (Krozowski et al., 1995), который в точности соответствует роли 11β-HSD2 в качестве барьера плацентарным глюкокортикоидам, предупреждающего поступление материнского кортизола (почти в 10 раз более высокого,чем плодный кортизол) в кровообращение плода. Более того, большинство плодных тканей человека также экспрессируют 11β-HSD2 с ранних стадий беременности (Murphy 1981; Stewart et al., 1994). Как результат действия 11β-HSD2 как в плацента, так и плодные ткани содержат относительно большие количества кортизона (Bro-Rasmussen et al., 1962; De Courcy et al., 1952; Lopez Bernal et al., 1981), а отношение плазменный кортизол/кортизон у плодов составляет 1:2 по сравнению с таковым у взрослых (10:1) (Bro-Rasmussen et al., 1962; Whitworth et al., 1989). Следовательно, биологически неактивный кортизон скорее, чем кортизол является главным глюкокортикоидным гормоном в кровообращении плода. Однако глюкокортикоиды обязательны для созревания органов плода и возможно для родов, т.к. увеличение уровня глюкокортикоидов даже умеренное происходит в конце беременности в кровообращении плода. Это может быть достигнуто за счет нескольких факторов, включая ослабление плацентарного барьера для глюкокортикоидов (Ohrlander et al. 1976; Giannopoulos et al. 1982), ослабление экспрессии 11β-HSD2 в тканях плода (Diaz et al., 1998; Murphy, 1981), усиление синтеза кортизола надпочечниками плода (Seron-Ferre et al., 1978) и повышение экспрессии 11β-HSD1 в тканях плода, включая плодные мембраны, которые регенерируют кортизол из кортизона (Alfaidy et al., 2003; Diaz et al., 1998; Tanswell et al., 1977). Т.к. большое количество кортизона присутствует в плацентарном и плодном компартменте, то путь регенерации в тканях плода может представлять собой важный источник кортизола для созревания плода в конце беременности и родов.

11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 in human fetal membranes as an extra-adrenal source of glucocorticoids in gestation


Регенерация кортизола из кортизона достигается с помощью 11βHSD1, изоэнзима 11β-HSD2. 11β-HSD1 является NADPH зависимой oxoreductase (Seckl 1993; Draper and Stewart 2005). В интактных клетках он в основном действует как reductase, превращающая кортизон в кортизол или dehydrocorticosterone в кортикостерон, Это находится в очевидном контрасте с 11β-HSD2 (Seckl 1993; Draper and Stewart 2005). Несмотря на высоко эффективную конверсию кортизола в кортизон с помощью 11β-HSD2 в плаценте и плодных тканях, соотношение cortisol/cortisone в амниотической жидкости увеличивается неуклонно с возрастом беременности и оказывается существенно выше, чем таковое в сыворотке спинного мозга (Blankstein et al., 1980), указывая тем самым, что плодные мембраны могут быть др. источником кортизола во время беременности. Известно, что это отношение значительно ниже в амниотической жидкости детей, у которых развивается синдром respiratory distress (Smith et al., 1977), указывая тем самым, что этот источник кортизола может быть очень важным для созревания легких плода. Это мнение подтверждается наблюдением, что некоторые anencephalic младенцы, по-видимому, дышат при рождении несмотря на недостаточную функцию надпочечников (Burke et al., 1973), указывая тем самым на абсорбцию амниотического кортизола легкими или открытым черепом. Tanswell et al., сообщают, что амнион усиленно превращает кортизон в кортизол во время беременности, внося тем самым вклад в увеличение концентрации кортизола в амниотической жидкости (Tanswell et al., 1977). Хотя имеющиеся исследования указывают на то, что сам хорион лишен 11β-HSD reductive активности (Lopez Bernal et al., 1980; Stewart et al., 1995), Murphy наблюдал, что хорион с прилипшей decidua тщательно очищенный сохраняет высокий уровень превращения кортизона в кортизол и что увеличение хорионом конверсии кортизона в кортизол во время ранней беременности соответствует увеличению на 15-20 неделях беременности в амниотической жидкости кортизола (Murphy, 1977). Gionaopoulos et al., демонстрируют высокую степень reductive glucocorticoid метаболизма в decidua прикрепленной к хориону (Giannopoulos et al., 1982). Итак. эти наблюдения указывают на роль плодных мембран и прикрепленной decidua в превращении кортизола из кортизона во время беременности. После успешного клонирования генов 11β-HSD1 и 11β-HSD2 (Tannin et al. 1991; Lakshmi et al. 1993), стало возможным отличать экспрессию 11βHSD1 и 11β-HSD2 в плаценте и плодных мембранах человека. Используя иммуногистохимию, Sun et al., показали. что 11β-HSD1 белок присутствует в эпителиальных клетках амниона,в фибробластах внутри субэпителиального слоя и в хориональном слое трофобласта, а также в decidual стромальных клетках, которые слипаются с хорионом (Sun et al., 1997a). Эти находки были подтверждены исследованиями, показавшими 11βHSD1 мРНК и активность обнаруживаются в эпителиальных клетках амниона человека, амниотических фибробластах и хориональном трофобласте (Sun et al., 2003) хотя возможно, что амниотические фибробласты и хориональный трофобласт обладают более высокими уровнями экспрессии 11β-HSD1, чем эпителиальные клетки амниона. Напротив, Northern blotting анализ неспособен выявить какую-либо 11β-HSD2 мРНК в тканях амниона и хориона в соответствии с наблюдениями, показавшими небольшую активность 11β-HSD2 в культивируемых хориональных трофобластах (Sun et al., 1997b).
Считается, что плацента человека в основном экспрессирует 11β-HSD2, описано усиленное превращение кортизона в кортизол в гомогенизированной ткани плаценты человека перед рождением, хотя превращение кортизола в кортизон превалирует на всех возрастах беременности (Murphy 1981; Giannopoulos et al. 1982). Дальнейшие исследования показали, что 11β-HSD плаценты человека обладает обратимой ферментативной системой и что существует. по крайней мере, два вида 11β-HSD в плаценте человека (Lakshmi et al., 1993). Sun et al., продемонстрировали, что эта обратимая ферментативная система скорее всего связана с экспрессией 11β-HSD1 в плаценте человека (Sun et al. 1997; Sun et al. 1999). Иммуногистохимия показала, что 11β-HSD1 экспрессируется в extravillous цитотрофобластах и сосудистом эндотелии, выстилающем тонкие веточки кровеносных сосудов пупочного канатика в третичных ворсинках, но не в syncytiotrophoblasts (Sun et al., 1997a). Клеточное распределение 11β-HSD1 в плаценте человека совершенно отлично от такового

Fig. 1. Interconversion of glucocorticoids in placenta and fetal membranes. The differential expression of 11?-hydroxysteroid dehydrogenase (HSD) isoforms in placenta and fetal membranes regulates the metabolism and transport of active cortisol and inactive cortisone between maternal and fetal circulations.

11β-HSD2, который обнаруживается только в syncytiotrophoblasts. Исследования плацентарной перфузии продемонстрировали, что существенные количества кортизола обнаруживаются на плодной стороне, когда кортизон вводился в пространство между ворсинками на материнской стороне, это подтвердило присутствие 11β-HSD1 в плаценте человека (Sun et al., 1999). Т.к. плацента контролирует количество глюкокортикоидов, достигающих плода, то эта двойная 11β-HSD ферментативная система в плаценте человека может взаимодействовать сочетанным способом, чтобы обеспечить точный механизм контроля за прохождением материнских глюкокортикоидов в кровообращение плода. в частности, ближе к концу беременности.
Доказательства четко показывают, что 11β-HSD1 и 11β-HSD2 дифференциально экспрессируются в плодных мембранах и плаценте человека. Плацента с её высоким кровоснабжением в основном экспрессирует 11β-HSD2 со строгой оксидативной активностью, тогда как её лишенный сосудов аналог, плодные оболочки, в основном экспрессирует 11β-HSD1 со строгой восстановительной (reductive) активностью в терминах метаболизма глюкокортикоидов (Fig. 1). Этот паттерн распределения 11β-HSD1 и 2 в плаценте и плодных оболочках человека не только согласуется с критической ролью 11β-HSD2 в качестве барьера прохождению глюкокортикоидов в плаценту, но и также указывает на то, что безсосудистые плодные мембраны являются метаболически активной тканью, которая ведет себя отлично от плаценты. Исследования показали, что уровень экспрессии и восстановительной активности 11β-HSD1 в плодных оболочках возрастает со сроком беременности (Tanswell et al. 1977; Alfaidy et al. 2003), это совпадает с увеличением уровня кортизола в амниотической жидкости и кровообращении плода (Blankstein et al., 1980), это указывает на то, что 11β-HSD1 в плодных мембранах является, скорее всего, источником кортизола для плодного компартмента во время беременности.

Feed forward induction of 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 expression in fetal membranes, an indispensable mechanism required for fetal maturation and parturition?


Chorioamnionitis является наиболее широко распространенным типом инфекции при преждевременных родах, особенно при преждевременном разрыве плодных оболочек, и считается основной причиной преждевременных родов (Smaill, 1996). Инфекция мембран ведет к активации макрофагов в этих тканях. Активированные макрофаги затем высвобождают провоспалительные цитокины, такие как IL-1b и TNFa и активируют локальные стромальные клетки, которые затем высвобождают провоспалительные цитокины (Smaill, 1996). IL-1b и TNFa являются ключевыми факторами в индуцированных инфекцией преждевременных родах (Bowen et al., 2002). Они стимулируют синтез простагландинов в плодных мембранах, а также увеличивают продукцию эстрогена и CRH в плаценте (Nestler, 1993; Petraglia et al., 1990). Сообщалось, что IL1b и TNFa индуцируют экспрессию 11β-HSD1 в яичниках, почках, жировой ткани и остеобластах (Cooper et al., 2001; Escher et al., 1997; Tomlinson et al., 2001; Yong et al., 2002). Мы установили, что IL-1b и TNFa индуцируют экспрессию 11β-HSD1 в фибробластах, происходящих из плодных оболочек человека (Li et al., 2006; Sun et al., 2003). Недавно было установлено, что IL-1β и TNFα используют CCAAT консенсусную последовательность в промоторе 11βHSD1? чтобы активировать его экспрессию (Yang et al., 2009; Ignatova et al., 2009).
Анализ промотора гена 11b-HSD1 человека выявил предположительно glucocorticoid response element (GRE) и несколько CCAAT консенсусных последовательностей (Tannin et al., 1991). Глюкокортикоиды активируют экспрессию 11b-HSD1 в ряде тканей и типов клеток (Tomlinson et al., 2004) и мы продемонстрировали, что глюкокортикоиды индуцируют экспрессию 11b-HSD1 в фибробластах и клетках трофобластов, происходящих из плодных мембран человека в концентрациях, легко достигаемых в конце беременности (Sun and Myatt 2003; Li et al. 2006; Yang et al. 2007). Мы установили, что эта индукция экспрессии 11β-HSD1 с помощью глюкокортикоидов опосредуется с помощью GR осуществляемого транскрипционного процесса и обеспечивается CCAAT консенсусной последовательностью и GRE, существующим в промоторном регионе, ответственном за индукцию 11β-HSD1 с помощью глюкокортикоидов (Yang et al., 2007).
Хорошо известно, что глюкокортикоиды эффективно супрессируют активацию иммунных клеток, индуцируемую с помощью провоспалительных цитокинов с помощью двух механизмов (McKay et al., 1999). Глюкокортикоиды инактивируют функцию провоспалительного цитокинового медиатора nuclear factor-κB (NF-κB) за счет индукции экспрессии ингибирующего IκB (McKay et al., 1999). Этот дополнительный ингибирующий IκB удерживает NFκB в его неактивной форме в цитоплазме (McKay et al., 1999). Кроме того, потенциал связывания активированных ядерных GR комплексов с ядерным NFκB может удерживать последний от связывания с соотв. чувствительными элементами ДНК и вносить вклад в стероидами обеспечиваемую иммуносупрессию (McKay et al., 1999). Однако мы нашли комбинацию глюкокортикоидов и провоспалительных цитокинов, индуцирующих в дальнейшем экспрессию 11β-HSD1 мРНК в фибробластах амниона и хориональных трофобластах, это явно противоречит противоположным эффектам глюкокортикоидов и провоспалительных цитокинов в месте воспаления. Синергичная индукция экспрессии 11β-HSD1 в плодных оболочках человека с помощью глюкокортикоидов и провоспалительных цитокинов (Sun et al. 2002; Sun and Myatt 2003; Li et al. 2006) может т.о., формировать петлю в терминах регенерации кортизола. Как результат, д. становиться всё больше и больше биологически активных глюкокортикоидов, формируемых плодными мембранами, и диффундирующих в амниотическую жидкость в конце беременности, особенно, когда плод подвергается действию инфекции и высокого уровня глюкокортикоидов. Повышенная регенерация кортизола д. не только обеспечивать само-разрешающийся (self-resolving) механизм контроля воспаления, но и также может способствовать созреванию органов плода и инициировать роды, чтобы защитить плод от вредных эффектов инфекции. Этот паттерн регенерации кортизола в плодных мембранах может быть одним из механизмов прямой связи по цепи, участвующих в созревании и родах.

Networks of glucocorticoids, surfactant protein A and prostaglandins in human fetal membranes


Хотя специфические механизмы, инициирующие роды могут варьировать среди разных видов, глюкокортикоиды считаются факторами, синхронизирующими созревание плода с запуском механизмов родов почти у всех изученных видов (Jenkin et al., 2004). Глюкокортикоиды ускоряют созревание легких путем усиления синтеза surfactant в клетках легочных альвеол (Gonzales et al., 1986; Snyder et al., 1981). Во время развития плода альвеолярные клетки type II легких плода в конечном счете синтезируют и высвобождают сурфактант в легочный секрет (Van Golde et al., 1988), который периодически выбрасывается в амниотическую жидкость (Pryhuber et al., 1991; Snyder et al., 1988). Surfactant является сложной смесью составляющих фосфолипидов, неполярных липидов и белков (Van Golde et al. 1988; Floros and Phelps 1997). Одним из наиболее многочисленных apoproteins, специфически ассоциированных с легочным сурфактантом является surfactant protein A (SP-A) (Floros et al., 1997). Концентрация SP-A в амниотической жидкости увеличивается драматически в третьем триместре беременности, от менее чем 3µg/ml на 30-31 неделе до более чем 24 µg /ml на 40-41 неделе (Snyder et al. 1988; Pryhuber et al. 1991). Фосфолипид, содержащийся в сурфактанте, является источником arachidonic кислоты, которая может быть использована амнионом для синтеза простагландина (Lopez Bernal et al., 1989; Newman et al., 1993). Кроме того. сообщалось. что SP-A играет важную роль в регуляции иммунной функции в легких плода, включая стимуляцию экспрессии противовоспалительных цитокинов и активацию Toll-like receptors (TLR) (Crouch et al., 2001). SP-A, как было показано. соединяется с TLR2 и TLR4 (Guillot et al., 2002; Murakami et al., 2002), приводя к активации NFβB. недавно Condon et al., предоставили прямые доказательства, подчеркивающие роль SP-A как ключевой связи между созреванием плода и инициацией родов у мышей (Condon et al., 2004), т.к. инъекция SP-A в амниотическую жидкость мыши вызывала преждевременные роды, которые блокировались инъекцией NFβB ингибитора SN50. Эти находки указывают на то, что prostaglandin-синтезирующие энзимы в плодных мембранах являются возможными мишенями для SP-A.
Как SP-A, так и др. apoproteins, такие как SP-B и SP-D присутствуют в амниотическом эпителии и chorio-decidual слоях (Miyamura et al., 1994). Поскольку высокие уровни сурфактантных белков присутствуют в амниотической жидкости в поздней беременности, то адсорбция или абсорбция сурфактантных белков на или в плодные мембраны происходит скорее всего. Адсорбция SP-B на амниотический эпителий человека продемонстрирована Newman et al., (Newman et al., 1991) . Хотя SP-A, как сообщалось, является гидрофильным скорее, чем гидрофобным в отличие от др. сурфактантных белков (Hawgood et al., 1990), эти наблюдения открывают возможность абсорбции или адсорбции SP-A в плодные мембраны скорее, чем локального синтеза. Несмотря на эти возможности мы нашли, что SP-A белок и мРНК присутствуют в амниотических эпителиальных клетках, фибробластах и хориональных трофобластах (Sun et al., 2006a), подтверждая существование локального синтеза SP-A во всех этих трех типах клеток плодных мембран. Однако, потребление SP-A из амниотической жидкости клетками плодных мембран не может быть в целом исключено, поскольку наиболее интенсивное окрашивание белка SP-A наблюдается в амниотическом эпителии, особенно на апикальной части мембраны, обращенной к амниотической жидкости, но экспрессия мРНК SP-A в амниотических эпителиальных клетках, по-видимому, самая низкая из трех типов исследованных клеток.
Исследования на животных и человеке показывают, что кортизол играет важную роль в регуляции синтеза surfactant в легких плода (Gonzales et al., 1986; Mendelson et al., 1986; Snyder et al., 1981). Мы получили доказательства синтеза de novo SP-A в плодных мембранах (Sun et al., 2006a). В согласии с индукцией экспрессии SP-A кортизолом в легких плода, мы нашли, что экспрессия SP-A в плодных мембранах также стимулируется кортизолом в физиологических рамках, достигаемых в амниотической жидкости на поздней беременности (Sun et al., 2006a), это указывает на то, что кортизол, происходящий в результате действия 11β-HSD1 в плодных мембранах может быть важным для индукции экспрессии SP-A как в легких плода, так и плодных оболочках.
Как ранее было установлено плодные мембраны человека являются основным источником prostaglandins (PGE2 и PGF2α) в конце беременности с активацией синтеза простагландина в мембранах плода человека, являющимся одним из ключевых событий, ведущих к родам в срок и досрочно (Challis et al. 1997; Gibb 1998). Цитозольный PLA2 и PGHS-2, по-видимому, являются двумя энзимами, катализирующими скорость-ограничивающие ступени синтеза PG (Irvine 1982; Kniss 1999). Мы продемонстрировали, что apoprotein компонент сурфактанта, SP-A, дозово-зависимо стимулирует PGHS-2, но не экспрессию cPLA2 и mPGES в хориональных трофобластах (Sun et al., 2006a). Как следствие повышенной экспрессии PGHS-2, PGE2, высвобождаемый из хориональных трофобластов, также дозово-зависимо увеличивается с помощью SP-A (Sun et al., 2006a). Базируясь на этих находках, мы полагаем, что вместе с SP-A, происходящим из легких плода, посредством амниотической жидкости, SP-A, синтезируемый локально в плодых мембранах, может участвовать в инициации родов путем стимулирования синтеза prostaglandin в плодных оболочках в конце беременности, это может параллельно увеличивать экспрессию 11β-HSD1 в плодных оболочках и соотв. драматически повышать уровень кортизола в амниотической жидкости в третьем триместре.

Fig. 2. Regulation of prostaglandin synthesis in fetal membranes. A positive feedback loop is present in the fetal membranes involving stimulation of cortisol and prostaglandin production to promote fetal maturation and initiate parturition.

Плодные оболочки, по-видимому, является критическим местом интеграции передачи сигналов для созревания плода и начала родов. Глюкокортикоиды, как было установлено, стимулируют продукцию PG в амнионе. Этот феномен считается связанным со стимуляцией экспрессии cPLA2 и PGHS-2 с помощью GCs, особенно в амниотических фибробластах, которые являются основным типом клеток, продуцирующих PGs в плодных оболочках. Это находится в заметном контрасте с его известным ингибирующим действием на индукцию продукции PG с помощью провоспалительных цитокинов. Эти парадоксальные эффекты GCs, как полагают. являются частью feed forward петель, запускающих роды. Под действием глюкокортикоидов формируется большинство PG. Prostaglandins в свою очередь стимулируют активность 11β-HSD1 в плодных оболочках, приводя тем самым к большей регенерации кортизола из кортизона в плодных мембранах. Глюкокортикоиды, необходимы для созревания органов плода , необходимы для жизни ex utero после родов. Экспрессия 11β-HSD1 амниотическими фибробластами может поддерживать активный кортизол в увеличенных концентрациях в течение всей беременности для достижения этого. Кортизол per se участвует в feed forward петле, стимулирующей экспрессию 11β-HSD1.

Summary


Taking all these results together, we propose that a positive feedback loop involving glucocorticoids, proinflammatory cytokines, prostaglandins, SP-A and 11β-HSD1 is formed locally in human fetal membranes towards term or in preterm labor (Fig. 2). This positive feedback loop would produce abundant biologically active glucocorticoids and PGs in fetal membranes or amniotic fluid, which would ultimately promote fetal organ maturation and initiate parturition.
Сайт создан в системе uCoz