Role of the vitamin K-dependent protein periostin in predicting the effectiveness of an assisted reproductive technology program

Ежегодно примерно у 70 млн супружеских пар в мире диагностируется бесплодие [1]. Повышение результативности вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) невозможно без изучения механизмов регуляции имплантации.

Имплантация эмбриона представляет комплекс молекулярных и клеточных взаимодействий, регулируемых пара- и аутокринными факторами [2, 3]. Наступление беременности во многом зависит от двух составляющих – функционально полноценного эмбриона и рецептивности эндометрия [4]. Среди всех доступных методов лечения бесплодия ВРТ имеют самые высокие показатели наступления беременности и рождения живых детей. Стимуляция овуляции при проведении программы экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) проводится с целью получения большого количества ооцитов, для того чтобы снизить риск неудачи ЭКО путем выбора наиболее приемлемого эмбриона для переноса [5].

По данным J. Gunbi и соавт. (2010) [6], только треть циклов ВРТ приводит к развитию беременности и около четверти – к рождению ребенка. Известно, что успех проведения ЭКО во многом определяется качеством ооцита и выбором эмбриона с высоким имплантационным потенциалом [5]. В настоящее время оценка эмбрионов в основном основывается на морфологических критериях, однако точность такого метода отбора эмбрионов остается недостаточно высокой, хотя его использование и привело к значительному повышению результативности программ ЭКО [7].

Исследование состава и биохимических свойств фолликулярной жидкости, качества ооцита и последующего эмбриона является важным элементом в прогнозировании исхода ЭКО.

В последние годы отмечается рост альтернативных неинвазивных методов анализа качества ооцитов, эмбрионов и маркеров имплантации. В качестве материала в таких методиках могут выступать сыворотка крови, фолликулярная жидкость, эндометрий, мазок из цервикального канала, трофэктодерма бластоцисты и др. Среди широкого спектра биохимических маркеров, определяемых в этих материалах, в последнее время особое внимание исследователей привлекает белок периостин [8]. Для успешной имплантации необходим диалог между эндометрием и эмбрионом, поэтому определение новых биомаркеров, которые тесно связаны с этим взаимодействием, может способствовать улучшению исходов программ ВРТ [9].

Периостин

Периостин (POSTN), также известный как остеобласт-специфический фактор 2, относится к семейству белков внеклеточного матрикса и выступает в качестве лиганда интегринов (молекулы межклеточной адгезии), участвует в адгезии и миграции клеток [8]. Периостин является витамин К-зависимым белком. Витамин К обеспечивает карбоксилирование остатков глютаминовой кислоты, входящих в состав некоторых белков. В результате они превращаются в остатки γ-карбоксилглютаминовой кислоты (Gla-радикалы) и приобретают способность связывать кальций. Белки, для активации которых требуется такое карбоксилирование, называются «витамин К-зависимыми» [10].

Для нормального функционирования организму требуется небольшое количество витамина К. Это связано с тем, что молекула данного вещества после использования (то есть после карбоксилирования К-зависимого белка) может быть восстановлена специальным ферментом – витамин К-эпоксид редуктазой. Этот фермент превращает витамин К из неактивной формы (2,3-эпоксид витамин К) в активную (витамин К гидрохинолон), которая принимает участие в карбоксилировании витамин К-зависимых протеинов крови [11]. Степень активности этого фермента обусловлена генетически: чем она выше, тем меньше человек зависит от содержания витамина К в пище. Одной из причин дефицита активированного витамина К является изменение в гене VKORC1, приводящее к снижению синтеза фермента [12]. В настоящее время работу гена, регулирующего выработку витамин К-эпоксид редуктазы, можно оценить, проведя соответствующий генетический анализ. Изменение концентрации периостина может быть связано с полиморфизмом гена VKORC1.

Периостин является секретируемым белком внеклеточного матрикса, который впервые был получен из остеобластов мыши MC3T3-E1 [13]. Белок в первую очередь экспрессируется в соединительных тканях, что играет роль в формировании структуры костей, зубов, хрящей и сердца [14–18]. Периостин также часто связывают с сердечно-сосудистыми и онкологическими заболеваниями, включая рак толстой кишки, яичника, немелкоклеточный рак легких, рак молочной железы, нейробластому.

Периостин связывается с αvβ3, αvβ5 и α6β4 рецепторами интегрина через FAS-1 домены [16, 19]. В частности, взаимодействие периостина с αV-рецепторами приводит к миграции гладкомышечных клеток сосудов in vitro [20]. Экспрессия периостина в гладкомышечных клетках может быть активирована фактором, связанным с сосудистым повреждением, таким как тромбоцитарный фактор роста ВВ, фактор роста фибропластов 1 и 2, трансформирующий ростовый фактор β1 и ангиотензин II [21, 22]. Данные литературы указывают на то, что периостин, способствуя миграции гладкомышечных клеток при сосудистых повреждениях, участвует в развитии различных новообразований.

Периостин определяется прежде всего в мезенхимальных клетках соединительной ткани, включая сухожилия, клапаны сердца и др. [23]. Также периостин можно определять в фолликулярной жидкости, сыворотке крови, эндометрии и др. По концентрации периостина в фолликулярной жидкости можно прогнозировать качество ооцита, далее бластоцисты, а также ее потенциал к имплантации. Таким образом, периостин является значимым биологическим маркером, связанным с процессами репродукции [8].

В связи с широким спектром выполняемых функций периостин эксперсиируется в различных органах и тканях.

Роль периостина в различных органах и тканях

История изучения периостина за последнее десятилетие началась в кардиологии. Периостин первоначально изучался в контексте коронарного синдрома как белок, появляющийся при восстановлении миокарда после повреждения [24].

Чрезмерная экспрессия периостина наблюдалась в строме первичной опухоли и на месте метастазов при различных видах рака [25, 26]. Повышение уровня периостина определяется при опухолевых заболеваниях почек и пищевода, сопровождающихся активацией фибробластов [16], при колоректальном раке, мелкоклеточном раке легкого, при развитии активных фибропластических процессов легочной ткани [27], при раке молочной железы; особенно высокие уровни наблюдались при метастазировании в кости [28]. Было доказано, что инвазивным опухолевым клеткам требуется запустить экспрессию периостина во вторичном органе-мишени для начала процесса колонизации [29]. По последним данным, ученые из медицинской школы университета Бостона установили, что белок периостин, который выделяют клетки трижды негативного рака молочной железы, активирует сигнальные пути к раковым стволовым клеткам, иными словами, способствует их развитию и росту, создавая вокруг них локальную благоприятную микросреду. Периостин действует через определенный рецептор интегрина – белка, связанного с процессами метастазирования. В ходе эксперимента поочередно нарушали работу рецепторов к периостину и интегрину. В результате количество раковых стволовых клеток значительно снизилось, они потеряли способность к формированию опухоли. Результаты данного исследования свидетельствуют, что периостин можно уверенно называть новым биомаркером трижды негативного рака молочной железы или терапевтической мишенью, данные о которой помогут создать новые препараты таргетной терапии [30].

При миеломной болезни периостин участвует в ремоделировании костей с участием фибробластов [31]. В дыхательных путях периостин секретируется фибробластами и эпителиальными клетками, а его секреция возрастает за счет интерлей­кинов 4 и 13 [32].

Уровень периостина повышается в тканях кожи вокруг операционной раны совместно с повышением сосудисто-эндотелиального фактора роста и ангиопоэтина 1 [33] в восстановительную фазу после перенесенного инфаркта миокарда [24]. Регенерация ран зависит от многочисленных факторов, включая инфекционные, воспалительные процессы, механический стресс от чрезмерной окклюзионной нагрузки, напряжения от соседних мягких тканей и хирургических процедур [34]. Периостин играет ключевую роль в развитии соединительной ткани, обеспечивающей фиксацию зуба. Периостин связывается с коллагеном 1-го типа и регулирует образование фибрилл. Из-за сложной взаимосвязи мягких и твердых тканей периодонт у человека имеет очень ограниченную способность к возобновлению [34, 35].

Периостин участвует в поддержании гомеостаза и возобновлении периодонта [36]. В практической медицине его часто используют для создания новых тканей периодонта [36–38].

При системном склерозе уровень периостина пропорционален тяжести поражения кожи, активации миофибробластов и эндотелиоцитов кожи [39]. Уровень периостина коррелирует с выраженностью фиброза почечной паренхимы и уровнями сывороточного креатинина, ренального кровотока и протеинурии при хронической болезни почек у людей в эксперименте [40].

У женщин выявлены высокие уровни сывороточного периостина при беременности, что связано с разрастанием дедуциальной ткани и трофобластов эндометрия [9].

Периостин как маркер эффективности ВРТ

Экспрессия мРНК периостина в сыворотке крови, фолликулярной жидкости значимо коррелирует с качеством бластоцисты. Согласно данным авторов, по уровню периостина и морфологическими критериями можно прогнозировать наступление беременности более точно, чем учитывая только морфологические критерии [8]. Таким образом, периостин может быть использован в качестве дополнительного инновационного неинвазивного маркера для прогнозирования результатов экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).

Взаимодействие эмбриона и эндометрия представляет собой важный фактор для успешной имплантации и достижения беременности [41]. Несколько внеклеточных матриксных белков, такие как ламинин, фибронектин и остеопонтин, были определены как ключевые регуляторы этого взаимодействия. Недавние экспериментальные данные продемонстрировали, что секретируемый белок периостин, принадлежащий семейству внеклеточных матриксных белков, может играть центральную роль в регулировании взаимосвязи эмбриона с эндометрием. Особенно важно то, что экспрессия периостина способна прогнозировать качество ооцитов, эмбрионов, частоту инплантации и исход беременности в естественных циклах [42–44].

По данным литературы известно, что механизм колонизации раковых клеток идентичен с механизмом имплантации. [45]. В связи с решающей ролью периостина в метастатических процессах можно предположить, что этот белок может оказывать влияние на некоторые важные этапы процессов имплантации. В эндометрии человека присутствие белка периостина как в стромальных, так и эпителиальных клетках находится под влиянием менструального цикла и беременности [46]. Обзор литературы показал, что концентрация периостина в эндометрии человека и мыши достигает максимального уровня в первую фазу менструального цикла [16, 47], когда наблюдается также повышенная экспрессия интегрина. Периостин может активировать дифференцировку эндометрия для имплантации. Экспериментальные данные на животных продемонстрировали, что периостин может запускать децидуализацию эндометрия, прикрепление и/или миграцию трофобластических клеток [46, 48].

Стимуляция яичников может оказывать негативное влияние на восприимчивость эндометрия и качество ооцита/эмбриона по сравнению с естественными циклами. Изучение экспрессии периостина в сыворотке крови, эндометрии и промывных водах бластоцисты/эмбриона может представлять собой новый метод для исследования воздействия гонадотропина на восприимчивость эндометрия и качество эмбриона во время оплодотворения in vitro [9].

Заключение

Изучая данные литературы, можно сделать следующие выводы: периостин является одним из факторов, благоприятно влияющих на наступление беременности, но в настоящее время роль белка периостина в исходах программ ВРТ остается не до конца изученной, что требует дальнейших исследований. В конечном итоге определение нового неинвазивного маркера качества ооцитов, эмбрионов и имплантации может представлять собой ключ к повышению эффективности стимулируемых циклов.