СПКЯ и митохондрии

Диагностика и патофизиология СПКЯ

На самом деле, патофизиология данного состояния до сих пор не ясна. Очевидно, что нарушается развитие фолликула (его активация, выживание, рост и селекция), что приводит собственно к УЗИ картине многочисленных маленьких фолликулярных кист, содержащих атретичные клетки (т.н.«нитки жемчуга»). Считается, что при поликистозных яичниках процесс фолликулогенеза останавливается на стадии антрального (вторичного) фолликула.

Ну еще 3-мя биохимическими столпами классического СПКЯ является гиперандрогения, инсулинорезистентность (часто +ожирение), хроническое воспаление. Они все так тесно взаимосвязаны, что понять, кто из них запускает 2 других или что запускает их все 3 довольно сложно. Пусковым фактором может быть инсулинрезистентность (наблюдается у 75% худых женщин с СПКЯ и 95% женщин с СПКЯ и ожирением). Инсулинрезистентность сопровождается гиперинсулинемией, которая может приводить к повышенной секреции андрогенов клетками теки. Андрогены нарушают развитие фолликулов и могут приводить к избыточному отложению жира, начиная этот порочный круг. Но все же нельзя сказать, что ИР – уникальный признак СПКЯ.

Есть данные, что гиперандрогения может быть вызвана генетическими факторами. У пациенток есть изменение цитохрома Р450с17, повреждающее 17-гидроксилазу (энзим, ограничивающий продукцию андрогенов), в результате чего продукция андрогенов повышается.

Также важна роль дисфункции щитовидной железы. 

Роль митохондрий в СПКЯ

Но на какой бы из аспектов патофизиологии СПКЯ мы не посмотрели (ИР, половые гормоны, воспаление) везде митохондрии играют свою немаловажную роль (рис.). Выделенные из ооцитов женщин с СПКЯ митохондрии имеют нарушенную структуру и функционирование: 

- низкий мембранный потенциал:
- сниженное количество копий мтДНК;
- нарушенную экспрессию генов.

Инсулинорезистентность и митохондрии

Инсулин-резистентность чаще всего «отслеживают» на уровне периферических тканей, чаще всего мышц, но необходимо понимать, что в развитие метаболической дисфункции вовлечены различные уровни: 1) периферический (мышцы, жировая ткань, печень); 2) бета-клетки поджелудочной железы; 3) гипоталамус, а сейчас еще есть данные о роли 4) иммунных клеток.

При ИР наблюдается цепь событий: снижается поглощение глюкозы мышцами →  повышается концентрация циркулирующей глюкозы крови →- в печени подавляется «выход» глюкозы из резервов (в крови и так высока ее концентрация) →- в белом жире снижается липолиз (в крови и так гиперлипидемия) → адпиокины приводят к провоспалительному состоянию (системное хроническое воспаление, сопсобствующее дальнейшему ухудшению инсулинового сигнала).

На клеточном уровне в развитии инсулин-резистентности ключевую роль играет работа митохондрий и ЭПС (эндоплазматической сети). При этом митохондрии важны для развития инсулинорезистентности как сами по себе, так и за счет своей тесной связи с ЭПС. 

Скелетные мышцы (а точнее их митохондрии) отвечают за «сжигание» около 80% глюкозы после еды. Поэтому развитие инсулин-резистентности связано с нарушением транспорта субстратов внутрь митохондрии, с нарушением скорости окисления из-за «слабой» работы митохондрий, что затем приводит к нарушению инсулинового сигнала.

Но роль митохондрий важна не только на уровне мышечной ткани. Они играют роль «сенсоров питательных веществ» на уровне гипоталамуса (их динамика в нейронах РОМС и AgRP играет существенную роль в регуляции метаболизма глюкозы) [1, 2].

Митохондриальная дисфункция в Т-клетках и связанное с ней сниженное бета-оксиление приводит к накоплению ацилкарнитина, который стимулирует воспаление Th17 с последующей манифестацией диабета 2 типа [3]. 

Митохондрии и воспаление

Воспаление – второе имя пожилых митохондрий. Организм реагирует на поврежденные митохондрии (на их ДНК и на материал внутренней мембраны – кардиолипин) как на чужеродный агент, поэтому они являются и DAMP, без них не обходится образование инфламмасомы [4].

Многие фокусируются на окислительном стрессе и антиоксидантах в патогенезе СПКЯ. Оксилительный стресс может стимулировать продукцию андрогенов.

Но это все, как бы сказать, непрофильно. Нам кажется, куда интереснее роль митохондрий непосредственно в формировании фолликула.

Митохондрии в жизни фолликула

Митохондрии играют ведущую роль в созревании фолликула, овуляции, оплодотворении и доимплантационном развитии.

Развитие фолликула

Фолликулогенез (созревание фолликулов) — непрерывный процесс, который, начавшись на ранних этапах внутриутробного развития, заканчивается лишь после наступления менопаузы.

Линия половых клеток отделяется у нас очень рано, - оогнонии поступают в зародышевый яичник уже на 6 неделе беременности. Такое раннее их отделение связывают, в том числе, с необходимостью «сохранности» в них «хороших» митохондрий. Оогонии проходят профазу I мейотического деления и становятся первичными ооцитами. Эти ооциты окружаются 1-2 слоями кубических эпителиальных клеток и образуют зародышевые фолликулы. Не включённые в фолликул ооциты подвергаются обратному развитию.

Таким образом, к моменту рождения число примордиальных фолликулов в яичнике составляет примерно 1-2 миллиона. Большинство фолликулов гибнет на различной стадии развития в процессе атрезии фолликулов, только небольшая их часть проходит все стадии созревания и участвует в овуляции. Атрезия фолликулов – это гормонально регулируемый процесс апоптоза клеток гранулезы. Механизмы апоптоза регулируются митохондриями.

К периоду полового созревания в яичнике насчитывается всего около 300 000 фолликулов.

 

Рис.1 Стадии развития фолликула

Гипофиз начинает вырабатывать фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), что стимулирует созревание 5-15 примордиальных фолликулов. Теперь эти фолликулы являются преантральными (первичными) фолликулами (размер — 150—200 мкм).

Ооцит начинает расти, внешняя поверхность ооцита покрывается гликопротеинами и гликозаминогликанами, формирующим zona pellucida. Теперь ооцит покрыт уже 2-4 слоями гранулезных клеток, из соединительной ткани формируется оболочка вокруг фолликула.

Растущий фолликул сам по себе является важным эндокринным органом.

Эпителиальные клетки фолликула превращаются в гранулёзные клетки, отвечающие за выработку прогестинов. Во время созревания фолликула клетки внутреннего слоя теки вырабатывают андрогены, которые сквозь базальную мембрану проникают в гранулёзные клетки фолликулярной оболочки и там трансформируются в эстрогены, главным образом, эстрадиол. Примерно за 24 часа до овуляции тека-клетки начинают вырабатывать большое количество эстрогена. Повышенное содержание эстрогена стимулирует выброс лютеинизирующего гормона (ЛГ), который и инициирует овуляцию. В стенке фолликула образуется выпячивание (стигма), которое разрывается, и яйцеклетка выходит из фолликула — происходит овуляция.

Если зрелый фолликул не прошёл овуляцию, образуется кистозный фолликул.

Роль митохондрий в нарушении овуляции

Митохондрии и апоптоз клеток кумулюса

Нарушение процесса нормальной овуляции – один из признаков СПКЯ.  До овуляции ооцит находится в граафовом фолликуле и окружен плотно упакованными клетками кумулюса. Они там тесно взаимодействуют друг с другом при помощи везикул и tight junctions, и это взаимодействие очень важно для созревания, овуляции и даже последующего оплодотворения [5)]. При переходе к овуляции, клетки кумулюса из плотно упакованной массы должна стать разрозненной кучкой клеток (cumulus expansion). А для этого небходим процесс апоптоза, , а митохондрии как раз его регулируют.

Torner et al.(2004) обнаружили, что перераспределение митохондрий и их окислительная способность обуславливают степень апоптоза клеток кумулюса при его созревании. Вероятно, когда ооцит созревает, его митохондрии выделяют проапототические факторы, растворяющие клетки кумулюса. Если нарушается работа митохондрий в ооците, то нарушается и апоптоз кумулюса.

Существенна роль ROS в регулировании процесса апоптоза. В начале месяца начинает расти группа ооцитов. Но только один из них завершит мейоз. Этот процесс сопровождается повышением уровня ROS  и ингибированием синтеза антиоксидантов. И, наоборот, деление мейоза 2 уже происходит под «защитой» антиоксидантов. Фолликулярные ROS необходимы для запуска апоптоза в большей части фолликулов, а ГСК и ФСГ играют ведущую роль в уравновешивании фолликулярного апоптоза. 

Поэтому антиоксидантная терапия тоже должна применяться очень взвешенно. 

Кстати, у женщин с СПКЯ снижен уровень каспазы 9, которая важна для апоптоза.

Двумя основными факторами, экспрессируемыми в ооплазме и влияющими на работку клеток кумулюса явлются growth-differentiation factor 9 (GDF9) и bone morphogenetic protein 15 (BMP15).

Клетки кумулюса тоже могут влиять и на ооциты, и на их митохондрии. Например, они выделяют оксид азота. Он снижает выработку эстрадиола. Супрессия NO не дает пройти овуляции. Но помимо этого, NO оказывает существенное влияние на митохондрии ооцита.  NO подавляет выработку АТФ в субплазмалеммном домене ооцитов и, вероятно, таким образом стимулирует выделение ими проапоптотических факторов [6].  

Митохондрии и атрезия фолликулов

Аутофагия играет ведущую роль в процессе созревания, овуляции и атрезии фолликулов [12]. А митохондрии необходимы для формирования аутофагосомы (рис.2). 

Рис. 2. Схематическое изображение процесса аутофагии.

Атрезия в норме происходит с 99% фолликулов, которые никогда не овулируют (рис.3). Однако, при подготовке к овуляции того 1% тоже может «что-то пойти не так», тогда наступит его атрезия. Если это происходит часто, то возникает картина атретичных фолликулов СПКЯ. 

Рис.3 Около 99% фолликулов подлежат атрезии и только 1% пройдет овуляцию. 

Рис.4. Регуляиция аутофагии в развитии фолликулов и атрезии Аутофагия играет мультифункциональную роль в процессе развития фолликула. Индукция аутофагии в клетках гранулезы приводит к атрезии фолликула. Аутофагия влияет на фолликулогенез в ходе всего процесса развития фолликула и его атрезии.

Количество митохондрий и созревание ооцита

Малое количество митохондрий в ооците делает невозможным его финальное созревание.

В примордиальных germ cells всего 150 - 200 копий мтДНК в 40 митохондриях (перед образованием фолликула митохондрии происходят т.н. «бутылочное горлышко»). А в ходе созревание количество копий должно увеличиться более чем в 30 раз.

В оогониальной цисте есть только один центральный ооцит, которому периферические ооциты отдают свои митохондрии для дальнейшего развития.

Зрелый ооцит имеет около 150 000 – 700 000 копий мтДНК, этот запас необходим для будущего развития.  До 5-6 дня после оплодотворения мтДНК больше не будет копироваться, только расходиться по делящимся клеткам. Вообще количество копий ДНК – важнейший признак. 50 000 копий, - это тот минимум, который необходим для постимплантационного развития эмбриона. Если копий больше 4 000, то ооцит может выжить при овуляции и даже оплодотвориться. Если в ооците менее 4000 копий, то нарушается его нормальное созревание и процесс овуляции.

Было показано, что изменение количества копий мтДНК соотносится с наличием и развитием СПКЯ, у женщин с СПКЯ меньшее количество копий мтДНК. Правда они меряли в периферической крови, в самом фолликуле это несколько осложнено, но интересно [13].

Подходы к терапии

В настоящий момент используется комплексная, по сути, симптоматическая, терапия СПКЯ, включающая гормональную коррекцию (при гиперандрогении), метформин [7] (при инсулинрезистентности), модификацию образа жизни (при ожирении и инсулинрезистентности).

По препаратам, направленным на работу митохондрий, пока очень мало данных. Разве что используются препараты общей антиоксидантной защиты. Также есть данные по положительному эффекту при введении CoQ [11] (кстати, CoQ очень важен для эмбриогенеза, предполагают даже, что он может выполнять и иные функции, помимо работы дыхательной цепи). Также положительные данные по добавкам цинка [8] и селена [9], при использовании витамина Д [10] и пробиотиков [13].

Литература

1. https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(16)30117-6?fbclid=IwAR0t-a2sMwJB9zm5wT0hefPzkwwVbB_hztoi6fJuI46qoWnKIE4el3PCk98

2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5990598/?fbclid=IwAR1fLWHmp8g6Si0GOgC83sugQJ_jPAjGWin236mP9KzCgOtwpU45JB7OvpM

3. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1550413119303778

4. https://medach.pro/post/2076?fbclid=IwAR0KiegngiQv_7YpozdIuCY0rVFZh_br1Hy0LNkuuSWetdFJOCkPbqBzZ2Y---

5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15219785

6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2704965/

7. https://academic.oup.com/humupd/article/21/5/560/565592

8. https://link.springer.com/article/10.1007/s12011-015-0480-7

9. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/cen.12699

10. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09513590.2019.1625881

11. https://www.amhsr.org/articles/effects-of-coenzyme-q10-supplementation-on-antimllerian-hormone-levels-in-patients-with-polycystic-ovarian-syndrome-5082.html

12. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6429023/

13. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6698037/