The role of mitochondrial markers in the pathogenesis of preeclampsia and the evaluation of the efficiency of respiratory therapy in the treatment of preeclampsia

Skovorodina T.V., Vishnyakova P.A., Shmakov R.G., Vysokikh M.Yu.

Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia, Moscow 117997, Ac. Oparina str. 4, Russia
Objective. To carry out a systematic analysis of the data available in the current literature on the markers of preeclampsia and oxidative stress, as well as the impact of therapeutic methods on the development of preeclampsia.
Material and methods. The review included the data available in foreign and Russian articles published in the past 10 years and found in Pubmed on this topic.
Results. The paper describes the current markers of preeclampsia, such as endoglin, placental growth factor, soluble fms-like tyrosine kinase 1, and others, as well as immunological activators that have a marked proinflammatory effect (mitochondrial damage-associated molecular patterns (DAMPs)). It shows new treatments for gestational hypertension and pre-eclampsia by respiratory therapy (continuous positive airway pressure (CPAP)).
Conclusion. It is necessary to perform further investigations of the impact of mitochondrial DAMPs on the development of preeclampsia and to evaluate the efficiency of CPAP support in the treatment of preeclampsia.

Keywords

preeclampsia
markers
respiratory therapy
oxidative stress

В последние годы отмечен рост частоты преэклампсии (ПЭ). Факторами развития ПЭ являются экстрагенитальная патология у беременных (хроническая артериальная гипертензия, сахарный диабет, ожирение) и отягощенный акушерский анамнез (развитие ПЭ и перинатальные потери при предыдущих беременностях, многоплодная беременность и др.).

В настоящее время ясно, что ПЭ, как и преждевременные роды, антенатальная гибель плода, задержка роста плода, преждевременная отслойка нормально расположенной плаценты и некоторые другие осложнения периода беременности, являются мультифакторными синдромами, а не изолированными заболеваниями. Все перечисленные выше состояния были объединены в «большие акушерские синдромы», которые ассоциируются с недостаточно глубокой плацентацией, что может быть связано с различной степенью снижения процесса ремоделирования спиральных артерий и наличия в миометрии обструктивных повреждений [1].

Согласно Международной статистической классификации болезней и проблем, связанных со здоровьем 10-го пересмотра и Федеральных клинических рекомендаций, утвержденных Министерством здравоохранения России, клинически целесообразно различать умеренную и тяжелую ПЭ.

Умеренная ПЭ – артериальная гипертензия: систолическое АД ≥140 мм рт. ст. или диастолическое АД ≥90 мм рт. ст., возникшие при сроке беременности >20 недель у женщины с нормальным АД в анамнезе и протеинурия ≥0,3 г/л белка в суточной пробе мочи. Встречается у 3–8% беременных; из них в 1–2% случаях приобретает тяжелое течение.

Тяжелая ПЭ – ПЭ с тяжелой гипертензией (с цифрами диастолического АД ≥110 мм рт. ст., систолического АД ≥160 мм рт. ст. при двухкратном измерении с интервалом в 6 часов в состоянии покоя), протеинурия ≥5,0 г/л в суточной пробе мочи или >3 г/л в двух порциях мочи, взятых с интервалом в 6 часов, олигурия <500 мл за 24 часа, церебральные или зрительные симптомы (головная боль, мелькание мушек и др.), отек легких, цианоз, боли в эпигастрии или правом верхнем квадранте, нарушение функции печени (повышение аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы), тромбоцитопения (<100×106 /л), синдром задержки роста плода.

Также согласно современным представлениям, ПЭ может манифестировать до 34 недель (ранняя ПЭ) и после 34 недель (поздняя ПЭ).

Показано, что ПЭ с ранней манифестацией возникает, как правило, из-за нарушения плацентации, чаще имеет тяжелое течение, сопровождается высокой частотой перинатальной и материнской смертности [1, 2]. Ранняя ПЭ ассоциируется с синдромом задержки развития плода, недостаточной перфузией плаценты, дисбалансом уровня ангиогенных, антиангиогенных факторов и маркеров функционирования плаценты.

В патогенезе развития ПЭ придается большое значение окислительному стрессу и эндотелиальной дисфункции, которые возникают в организме женщины. В результате эндотелиальной дисфункции развивается дисбаланс регуляторов ангиогенеза [2]. Возникающая транзиторная гипоксия приводит к инициации комплекса метаболических и молекулярных изменений, вызывающих повышение продукции активных форм кислорода, которые по большей части генерируются специальными органеллами клетки – митохондриями.

Показано, что ранняя ПЭ ассоциирована с высокой степенью нарушения процесса инвазии вневорсинчатого трофобласта в спиральные артерии матки, недостаточностью волн цитотрофобластической инвазии, снижением маркеров ангиогенеза, гипотрофическими изменениями плаценты и плода. Для поздней ПЭ характерны частичные нарушения процессов инвазии трофобласта, недостаточное ремоделирование спиральных артерий, и возможность компенсации и обратимость их морфологических изменений [3].

Считается, что гипоксическая плацента со сниженным кровоснабжением синтезирует и выделяет повышенные количества вазоактивных веществ, которые разрушают архитектуру синцития и усиливают дисфункцию эндотелия. Это приводит к выраженному воспалительному ответу, который вызван изменениями в балансе циркулирующих агентов, включая факторы ангиогенеза и провоспалительные цитокины. Хроническая гипоксия запускает окислительный стресс и усиливает процесс апоптотической гибели клеток плаценты [4].

На сегодняшний день не существует ни одного теста, который с уверенностью обеспечивал бы раннюю диагностику и выявление риска развития ПЭ. В настоящее время достаточно изучены лишь некоторые предикторы ПЭ, такие как эндоглин, плацентарный фактор роста (PlGF), sFlt-1 (растворимая fms-подобная тирозинкиназа 1). В проведенных исследованиях показана связь между развитием осложнений беременности, таких как ПЭ, внутриутробная гибель плода, преждевременная отслойка нормально расположенной плаценты, предлежание плаценты, развитие HELLP-синдрома, задержки роста плода, и повышением уровня PlGF и sFlt-1 [4, 5].

В норме плацента продуцирует малые количества PlGF и его антагониста, sFlt-1. При ПЭ повышенный синтез sFlt-1 приводит к снижению уровня свободно циркулирующего PlGF, что ассоциируется с дисфункцией эндотелиальных клеток [5].

Эндоглин является ко-рецептором трансформирующего фактора роста (TGF), который экспрессируется в клеточных мембранах эндотелия сосудов и на синцитиотрофобласте. Растворимый эндоглин в крови присутствует в избытке у пациенток с ПЭ, по сравнению с пациентками с нормальным уровнем артериального давления, а также его концентрация, по всей видимости, увеличивается в связи с прогрессированием заболевания. Как и sFlt-1, концентрация растворимого эндоглина увеличивается в течение последних 2 месяцев неосложненной беременности. Во время беременности, осложненной ПЭ, это увеличение происходит раньше [6].

Также одними из факторов патогенеза развития ПЭ являются нарушения инвазии трофобласта и неполное преобразование спиральных артерий. Решающее значение в процессах успешного развития беременности и регуляции инвазии трофобласта принадлежит балансу между генами, способствующими инвазии, и генами-супрессорами.

Определенная роль в этих процессах в последние годы отводится гену KISS-1 и его рецептору GPR-54. Ген KISS-1 принимает активное участие в инвазии трофобласта, и именно плацента является одним из наиболее богатых источников кисспептинов в человеческом организме. В плаценте KISS-1 выявлен в пределах клеток синцитиотрофобласта, а GPR-54 – в синцитиотрофобласте, в ворсинчатом и вневорсинчатом трофобласте. Было установлено, что уровень белка KISS-1 в плаценте повышается во время беременности, и наиболее высокий его уровень отмечается в первом триместре [7]. В результате ряда исследований при применении иммуногистохимического анализа было также установлено повышение экспрессии KISS-1 при раннем начале ПЭ, что отражает процессы ограничения инвазии трофобласта [8].

При окислительном стрессе в плаценте происходит интенсивный распад синцитиотрофобласта, приводящий к появлению в фето-плацентарном кровотоке различных компонентов разрушенных клеток, биомолекул, обладающих выраженным провоспалительным действием, так называемых компонентов DAMPs (Damage-Associated Molecular Patterns). DAMPs включают в себя компоненты внеклеточного матрикса, фрагменты мембран, ядерные и цитозольные белки, а также элементы поврежденных/фрагментированных органелл и являются сильнодействующими иммунологическими активаторами. Гибель клеток, в том числе и распад синцитиотрофобласта, приводит к высвобождению DAMPs, которые могут вызвать генерализованные изменения сосудов и функционирование клеток плаценты с помощью механизмов, которые в настоящее время не совсем понятны, но косвенным образом связаны с активацией эндотелия [9].

Существуют также и компоненты DAMPs, ассоциированные с определенными органеллами, к примеру, с митохондриями. На сегодняшний день наиболее изученными из митохондриальных DAMPs являются митохондриальная ДНК (мтДНК), N-формил пептид, микроРНК, связанные с регуляцией митохондриальной активности. По данным McCarthy и Kenny (2016), ПЭ ассоциируется с 5-кратным увеличением количества мтДНК в материнской плазме, что приводит к активации иммунного ответа, соответственно приводя к увеличению количества провоспалительных цитокинов с последующим возникновением эндотелиальной дисфункции [10]. Также снижается защитное действие аутофагии, контролирующей качество митохондрий, что может стать причиной индукции системного воспаления [11]. Предполагается, что существуют и иные митохондриальные DAMPs, такие как TFAM (митохондриальный фактор транскрипции), белок OPA1, ответственный за слияние митохондрий и митохондриальный мембранный канал – VDAC1, данные о вовлеченности в патологию которых в современной литературе практически не встречаются.

Существуют гипотезы, что митохондриальные DAMPs также могут вызвать повреждение почек и протеинурию. Во-первых, митохондриальные DAMPs стимулируют выработку иммунными клетками цитокинов, способных повреждать клеточные структуры ткани почек. Цитокины могут индуцировать повреждение гломерулярных эндотелиальных клеток, что приводит к увеличению проницаемости клубочков и вызывает протеинурию. Кроме того, воздействие цитокинов способно повредить подоциты, что также приводит к появлению белка в моче. Во-вторых, непосредственное разрушительное воздействие митохондриальных DAMPs на ткани почек объясняется обильным количеством DAMPs- рецепторов на клетках клубочкового эндотелия, подоцитах, что потенциально может привести к травме клубочкового эпителия и протеинурии [12].

Данные исследования обозначают проблему прогностической значимости определения митохондриальных DAMPs как предикторов ПЭ. В связи с этим возникает необходимость поиска терапевтического воздействия на развитие патологии методом снижения количества или изменения состава митохондриальных DAMPs в периферическом кровотоке беременной.

Существуют исследования, показывающие положительное влияние Continuous Positive Airways Pressure (СРАР)-терапии на течение таких заболеваний, как артериальная гипертензия, синдром обструктивного апноэ сна [13]. При СРАР-терапии постоянное положительное давление в дыхательных путях поддерживается в течение всего дыхательного цикла, тем самым увеличивая уровень кислорода в крови и препятствуя нарушению проходимости гортани или верхних дыхательных путей.

Поскольку в ряде исследований авторы связывают синдром сонного апноэ с такими акушерскими осложнениями, как ПЭ, синдром задержки развития плода и антенатальная гибель плода [14], в последнее время появились исследования, посвященные изучению влияния СРАР-терапии на течение беременности, осложненной ПЭ. В исследованиях было выявлено повышение уровня провоспалительных цитокинов при нарушении сна во время беременности. Повышенный уровень провоспалительных цитокинов, также как и повышенный С-реактивный белок (СРБ) – индикатор системного воспаления, и снижение противовоспалительных цитокинов связывают с появлением осложнений беременности, таких как спонтанный аборт, привычный выкидыш и ПЭ. Выявлено, что интерлейкин-10, а также СРБ были значительно увеличены во всех триместрах по сравнению с группой небеременных женщин. При нарушении сна обнаружено повышение фактора некроза опухоли-α в группе беременных и СРБ в группе небеременных женщин. Данное исследование [15] подтвердило, что нарушения сна во время беременности связаны с иммунными изменениями, включающими цитокины или СРБ, которые могут отрицательно влиять на акушерские исходы. Выявлено, что СРАР-терапия положительно влияет на все патофизиологические механизмы, ответственные за сердечно-сосудистые заболевания. Долгосрочный CPAP улучшает функции эндотелия, снижает окислительный стресс и системное воспаление [16]. Существуют предположения, что повышение концентрации кислорода (при применении СРАР-терапии) в организме беременных способно активировать работу иммунной системы, что позволяет выработать адаптивный ответ на воспаление; снижается количество частиц синцитиотрофобласта, что приводит к снижению уровня митохондриальных DAMPs и их системного провоспалительного действия [17, 18].

C. Whitehead с соавт. [17] отмечают улучшение в течении ранней (на сроке 29 недель беременности) ПЭ после начала СРАР-терапии у женщины с сонным апноэ. Достоверно было отмечено снижение артериального давления без применения антигипертензивных препаратов. Также при использовании СРАР-терапии средней ночной продолжительностью 6 часов отмечено снижение уровней протеинурии, sFlt1 и растворимого эндоглина в плазме [17, 18].

Лечение умеренной и тяжелой ПЭ с применением СРАР-терапии снижает уровень артериального давления у беременных женщин, что позволяет снизить медикаментозную нагрузку, пролонгировать беременность [19]. Выжидательная тактика ведения пациенток с ПЭ позволяет улучшить и перинатальные исходы – способствует снижению потребности в вентиляции легких, частоты внутрижелудочковых кровоизлияний, частоты болезни гиалиновых мембран, респираторного дистресс-синдрома и способствует меньшему пребыванию детей в отделении интенсивной терапии [20].

Таким образом, предварительные результаты воздействия CPAP-терапии у беременных женщин с хронической артериальной гипертензией и ПЭ обнадеживают и обусловливают необходимость проведения дальнейших научных исследований для оптимизации тактики ведения беременности у женщин с тяжелой ПЭ с целью снижения частоты преждевременного родоразрешения без ухудшения прогноза для матери и ребенка.

References

1. Brosens I., Pijnenborg R., Vercruysse L., Romero R. The „Great Obstetrical Syndromes” are associated with disorders of deep placentation. Am. J. Obstet. Gynecol. 2011; 204(3): 193-204.

2. Turpin C.A., Sakyi S.A., Owiredu W.K., Ephraim R.K., Anto E.O. Association between adverse pregnancy outcome and imbalance in angiogenic regulators and oxidative stress biomarkers in gestational hypertension and preeclampsia. BMC Pregnancy Childbirth. 2015; 15: 189.

3. Khodzhaeva Z.S., Kogan E.A., Klimenchenko N.I., Akatyeva A.S., Kholin A.M., Vavina O.V., Sukhikh G.T. Clinical and pathogenetic features of early and late preeclampsia. Akusherstvo i Ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2015; 1: 12-7. (in Russian)

4. Grill S., Rusterholz C., Zanetti-Dällenbach R., Tercanli S., Holzgreve W., Hahn S., Lapaire O. Potential markers of preeclampsia-a review. Reprod. Biol. Endocrinol. 2009; 7: 70.

5. De Vivo A., Baviera G., Giordano D., Todarello G., Corrado F., D’anna R. Endoglin, PlGF and sFlt-1 as markers for predicting pre-eclampsia. Acta Obstet. Gynecol. Scand. 2008; 87(8): 837-42.

6. Venkatesha S., Toporsian M., Lam C., Hanai J., Mammoto T., Kim Y.M. et al. Soluble endoglin contributes to the pathogenesis of preeclampsia. Nat. Med. 2006; 12(6): 642-9.

7. Bilban M., Ghaffari-Tabrizi N., Hintermann E., Bauer S., Molzer S., Zoratti C. et al. Kisspeptin-10, a KiSS-1/metastin-derived decapeptide, is a physiological invasion inhibitor of primary human trophoblasts. J. Cell Sci. 2004; 117(8):1319-28.

8. Vodneva D.N., Dubova E.A., Pavlov K.A., Shmakov R.G., Shchegolev A.I. Role of kisspeptins in the development of early- and late-onset preeclampsia. Akusherstvo i Ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2014; (8): 65-70. (in Russian)

9. McCarthy C.M., Kenny L.C. Immunostimulatory role of mitochondrial DAMPs: alarming for pre-eclampsia? Am. J. Reprod. Immunol. 2016; 76(5): 341-7. doi: 10.1111/aji.12526.

10. Wenceslau C.F., McCarthy C.G., Szasz T., Spitler K., Goulopoulou S., Webb R.C.; Working Group on DAMPs in Cardiovascular Disease. Mitochondrial damage-associated molecular patterns and vascular function. Eur. Heart J. 2014;35(18): 1172-7.

11. Nakahira K., Haspel J.A., Rathinam V.A., Lee S.J., Dolinay T., Lam H.C. et al. Autophagy proteins regulateinnate immune responses by inhibiting the release of mitochondrialDNA mediated by the NALP3 inflammasome. Nat. Immunol. 2011; 12(3): 222-30.

12. He J., Lu Y., Xia H., Liang Y., Wang X., Bao W. et al. Circulating mitochondrial DAMPs are not effective inducers of proteinuria and kidney injury in Rodents. PLoS One. 2015; 10(4): e0124469.

13. Yinon D., Lowenstein L., Suraya S., Beloosesky R., Zmora O., Malhotra A., Pillar G. Preeclampsia is associated with sleep disordered breathing and endothelial dysfunction. Eur. Respir. J. 2006; 27(2): 328-33.

14. Kapsimalis F. Obstructive sleep apnea in pregnancy. Sleep Med. Clin. 2007; 2: 603-13.

15. Coussons-Read M.E., Okun M.L., Nettles C.D. Psychosocial stress increases inflammatory markers and alters cytokine production across pregnancy. Brain Behav. Immun. 2007; 21(3): 343-50.

16. Hopps E., Caimi G. Obstructive sleep apnea syndrome: links betwen pathophysiology and cardiovascular complications. Clin. Invest. Med. 2015; 38(6):E362-70.

17. Whitehead C., Tong S., Wilson D., Howard M., Walker S.P. Treatment of early-onset preeclampsia with continuous positive airway pressure. Obstet. Gynecol. 2015; 125(5): 1106-9.

18. Poyares D., Guilleminault C., Hachul H., Fujita L., Takaoka S., Tufik S., Sass N. Preeclampsia and nasal CPAP: Part 2. Hypertension during pregnancy, chronics noring, and early nasal CPAP intervention. Sleep Med. 2007; 9(1): 15-21.

19. Blyton D.M., Skilton M.R., Edwards N., Hennessy A., Celermajer D.S., Sullivan C.E. Treatment of sleep disordered breathing reverses low fetal activity levels in preeclampsia. Sleep. 2013; 36(1): 15-21.

20. Churchill D., Duley L., Thornton J.G., Jones L. Interventionist versus expectant care for severe pre-eclampsia between 24 and 34 weeks’ gestation. Cochrane Database Syst. Rev. 2013; (7): CD003106. doi: 10.1002/14651858.CD003106.pub2.

Received 16.12.2016

Accepted 23.12.2016

About the Authors

Skovorodina Tatyana Vyacheslavovna, Ph.D., Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of the Russia.
117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. E-mail: t_skovorodina@oparina4.ru
Vishnyakova Polina A., researcher at the Laboratory of mitochondrial medicine, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology,
Ministry of Health of the Russia. 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. E-mail: vpa2002@mail.ru
Vysokikh Mikhail Yu., PhD, Head of mitochondrial medicine research group, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology,
Ministry of Health of the Russia. 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. E-mail: m_vysokikh@oparina4.ru
Shmakov Roman G., chief physician, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia.
117997, Russia, Moscow Ac. Oparina str. 4. Tel.: +79255859171. E-mail: r_shmakov@oparina4.ru

For citations: Skovorodina T.V., Vishnyakova P.A., Shmakov R.G., Vysokikh M.Yu.
The role of mitochondrial markers in the pathogenesis of preeclampsia and the evaluation of the efficiency of respiratory therapy in the treatment of preeclampsia.
Akusherstvo i Ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2017; (6): 5-9. (in Russian)
http://dx.doi.org/10.18565/aig.2017.6.5-9

Similar Articles

By continuing to use our site, you consent to the processing of cookies that ensure the proper functioning of the site.