В течение последних 50 лет в литературе сообщается о всемирной тенденции к росту частоты ожирения как у женщин, так и у мужчин [1]. У женщин рост ожирения ведет к увеличению гестационного сахарного диабета (ГСД).
Признание сахарного диабета, осложняющего беременность, датируется 1873 г. В последующем неблагоприятное влияние беременности на углеводный обмен было описано в Бельгии в 1946 г. Тогда Hoet сообщил о том, что гибель плода может произойти еще до того, как у женщины появляются симптомы диабета. Впоследствии, в 1959 г., в Италии были опубликованы данные о связи материнского преддиабета с макросомией плода. Два года спустя O’Sullivan описал ГСД как «незаподозренный и бессимптомный» диабет, возникающий во время беременности [2]. В то время сообщалось, что частота ГСД составляет 1 из 116, тогда как в настоящее время в некоторых странах заболеваемость ГСД составляет 17,8–41,9% [3–5].
На сегодняшний день известно отрицательное влияние ГСД на течение беременности, состояние плода и новорожденного. У женщин с ГСД повышен риск развития преэклампсии, преждевременных родов, многоводия, макросомии плода, дистоции плечиков, что, в свою очередь, приводит к высокой частоте родоразрешения таких женщин путем операции кесарева сечения, госпитализации новорожденных в отделение интенсивной терапии, неонатального респираторного дистресс-синдрома, гипогликемии и гипербилирубинемии у новорожденного. Также увеличивается риск мертворождения. Помимо рисков, связанных с беременностью, женщины с диагнозом гестационного диабета подвержены повышенному риску развития сахарного диабета 2 типа (СД2) в более позднем возрасте [2, 6–9].
Большая роль в развитии ГСД отводится нарушению углеводного обмена. Однако при беременности отмечаются и изменения липидного метаболизма, которые оказывают непосредственное влияние на формирование инсулинорезистентности как основного звена в патогенезе ГСД.
Резистентность к инсулину имеет большое клиническое значение, поскольку она тесно связана с рядом заболеваний, включая СД2, гипертоническую болезнь, дислипидемию, нарушения свертывания крови и фибринолиза. Все эти расстройства являются независимыми факторами риска сердечно-сосудистых заболеваний. Причиной инсулинорезистентности также могут быть повышенные уровни свободных жирных кислот (СЖК) в плазме крови у пациентов с ожирением и СД2 [10].
Известно, что повышенные уровни СЖК в плазме крови снижают усвоение глюкозы и синтез гликогена и стимулируют глюконеогенез печени у здоровых людей, а также при диабете и ожирении [11]. Вызванное СЖК нарушение чувствительности к инсулину наблюдается как при нормогликемии, так и при гипергликемии [12]. Было показано, что ночное снижение СЖК улучшает чувствительность к инсулину (оцениваемую с помощью гиперинсулинемического эугликемического клэмпа) и уменьшает гиперинсулинемию, характерную для людей с ожирением, нарушенной толерантностью к глюкозе и диабетом [12].
Однако механизмы формирования инсулинорезистентности за счет СЖК недостаточно изучены. Возможна их потенциальная роль в формировании данного состояния за счет образования липидных метаболитов (диацилглицерина), провоспалительных цитокинов (TNF-α, IL-1β, IL-6, MCP1) и клеточного стресса в результате их метаболизма [10].
В процессе метаболизма на клеточном уровне СЖК связываются с рецепторами клеточной мембраны семейства GPR (рецептор, связанный с G-белком, также известный как рецептор СЖК – FFA1) в адипоцитах, головном мозге, β-клетках поджелудочной железы, иммунных клетках. Существует еще один мембранный рецептор, связывающий СЖК, – белок транслоказы жирных кислот CD36. Он экспрессируется на миоцитах, макрофагах, эндотелиальных клетках, тромбоцитах и энтероцитах. Внутри клетки СЖК преобразуются в триацилглицерин для хранения или подвергаются β-окислению, чтобы использоваться митохондриями в качестве энергии. Повышенные уровни СЖК ухудшают конверсию триацилглицерина и β-окисление, образуя токсичные липиды (диацилглицерин и керамиды), которые вызывают окислительный стресс и стресс эндоплазматического ретикулума, дисфункцию митохондрий и образование активных форм кислорода [13], вызывая воспаление, главным образом в скелетных мышцах и адипоцитах, а также в β-клетках [12].
Керамиды и диацилглицерин связаны с активацией TNF-α и многих связанных со стрессом киназ, таких как NFk-β, Р38мапкиназа, JNK (N-концевые киназы c-Jun), протеинкиназа-C в скелетных мышцах. Эти ферменты нарушают сигнальный путь инсулина, индуцируя фосфорилирование серина/треонина IRS1 (субстрат 1 рецептора инсулина). Таким образом, нарушается активация сигнального каскада инсулина, поглощение глюкозы и ее метаболизм. Активные формы азота также нарушают работу IRS1 [12].
Внутри клетки СЖК связывают PPAR (рецепторы, активируемые пролифератором пероксисом), которые являются активируемыми лигандами – факторами ядерной транскрипции. Они регулируют поглощение, хранение и окисление СЖК, поэтому косвенно регулируют гомеостаз глюкозы. Таким образом, PPAR-γ играет решающую роль как связующее звено между метаболизмом жирных кислот и уменьшением воспаления.
Насыщенные жирные кислоты активируют toll-подобный рецептор-4 (TLR-4), сигнальный путь которого стимулирует каскад провоспалительных цитокинов (IL-1β, IL-6, TNF-α). Кроме того, насыщенные жирные кислоты вызывают митохондриальную дисфункцию во многих тканях, изменяя их баланс Ca2+, а также стимулируют инфильтрацию макрофагов в β-клетках поджелудочной железы. Напротив, некоторые полиненасыщенные жирные кислоты ингибируют эти процессы [14].
Другим возможным механизмом нарушения секреции инсулина является снижение рецепторов СЖК в β-клетке, как это наблюдается на животных моделях с гиперлипидемией до развития диабета [15]. Таким образом, избыток СЖК вызывает резистентность к инсулину и дисфункцию β-клеток многими механизмами, включая токсический ингибирующий эффект, который в конечном итоге вызывает апоптоз β-клеток [12].
Другими негативными эффектами высоких концентраций СЖК являются стимуляция липопротеинов очень низкой плотности и секреция хиломикронов, потенциальных атерогенных частиц липопротеинов [16]. Кроме того, повышенные концентрации СЖК в плазме крови могут ингибировать секрецию GLP-1 (глюкагоноподобного пептида-1) и/или его инсулинотропное действие.
Известно, что уровни СЖК в плазме крови выше у женщин с ГСД. Причина повышения уровня СЖК в плазме крови при ГСД по сравнению с нормальной беременностью до конца не выяснена. Основная роль в формировании инсулинорезистентности также отводится увеличению содержания СЖК, что приводит к внутриклеточному накоплению диацилглицерина, который активирует каскад протеинкиназы С, вызывающий снижение фосфорилирования тирозина IRS-1. Этот путь индуцирует активацию PI 3-киназы, важного фермента для стимулированного инсулином поглощения глюкозы [17]. Другая гипотеза заключается в том, что у здоровых беременных женщин на 14–17-й неделях беременности наблюдается резкое повышение уровня СЖК из-за резистентности к инсулину и снижения окисления глюкозы [17]. Неизвестны механизмы развития ГСД в I триместре беременности. Предполагается влияние повышенного уровня СЖК, а также продукция плацентой таких молекул, как TNF-α, резистин и лептин [17]. Исследования на животных показали, что инфузия СЖК беременным кроликам вызывает инсулинорезистентность, в то время как снижение уровня СЖК оказывает противоположный эффект [17].
Содержание СЖК при беременности не является константой. Процесс гестации характеризуются низкой их концентрацией в III триместре беременности и высокой во II триместре, что объясняется характером резистентности к инсулину, возникающей во время беременности. Резистентность к инсулину достигает своего пика во II триместре (24–28 недель беременности) вследствие гормонально-плацентарных механизмов, включая увеличение плацентарного лактогена в качестве основного фактора резистентности к инсулину [17]. Снижение концентрации СЖК в III триместре также отражает снижение резистентности к инсулину и в следствие снижения плацентарных гормонов [17].
Одним из показателей, участвующим в метаболизме липидов, как уже упоминалось, является PPAR-γ. PPAR представляет собой подсемейство факторов транскрипции, состоящее из трех изотипов: PPAR-α (NR1C1), PPAR-β/δ (NR1C2) и PPAR-γ (NR1C3). PPAR вовлечены в регуляцию большого количества генов, которые регулируют энергетический гомеостаз, метаболизм триглицеридов, глюкозы и липопротеинов, липогенез, поглощение, окисление, хранение и экспорт жирных кислот, пролиферацию клеток, воспаление и функцию сосудистой ткани [18–21]. PPAR-γ преимущественно экспрессируется в жировой ткани, где он играет важную роль в регуляции дифференцировки, выживаемости и функционировании адипоцитов, чувствительности клеток к инсулину, липогенезе, накоплении липидов, метаболизме глюкозы и регуляции транскрипции ряда генов, участвующих в этих метаболических процессах [18, 22]. У людей экспрессируются три его изоформы: PPAR-γ1, PPAR-γ2 и PPAR-γ4. PPAR-γ1 главным образом в бурой и белой жировой ткани, но в небольшом количестве встречается в других тканях, где он выполняет специфические для клеток функции. В физиологических условиях более длинная изоформа PPAR-γ2 ограничена только бурой и белой жировой тканью, но его экспрессия наблюдается и в печени, и в скелетных мышцах в ответ на избыточное потребление калорий. Наименее изученный PPAR-γ4 экспрессируется в макрофагах и жировой ткани [18, 23].
PPAR-γ является первичным регулятором адипогенеза – процесса, посредством которого преадипоциты дифференцируются в полностью зрелые адипоциты [18, 24, 25]. Преадипоциты подвергаются остановке роста, инициируют накопление триглицеридов и принимают морфологические и биохимические характеристики зрелых адипоцитов, становясь участниками гормоночувствительных метаболических процессов: липогенеза, липолиза и метаболизма глюкозы [18, 19, 26]. PPAR-γ также участвует в регуляции липогенеза, регуляции чувствительности к инсулину, выживания и функции адипоцитов [18, 19, 22, 24, 26]. Активация PPAR-γ в жировой ткани приводит к индукции ряда генов, белковые продукты которых опосредуют клеточный катаболизм триглицеридов и поглощение жирных кислот, внутриклеточный транспорт и хранение, адипогенез, липогенез и окисление жирных кислот, а также метаболизм глюкозы. Другие исследования показывают, что жировая ткань является основным медиатором действия PPAR-γ на чувствительность к инсулину [18, 26]. Было доказано, что экспрессия PPAR-γ эффективно снижает повышенные уровни СЖК в плазме, улучшает чрезмерное накопление липидов в периферических инсулинзависимых тканях, нивелирует гиперинсулинемию и инсулинорезистентность, а также модулирует экспрессию адипокинов и воспалительных цитокинов [18, 19, 26].
Перенос жирных кислот через плаценту от матери к плоду имеет решающее значение для адекватного его развития. Еще в 2007 г. на экспериментальной модели доказали, что PPAR-γ может изменять поглощение жирных кислот плацентой за счет увеличения экспрессии транспортных белков. Позднее на микроворсинчатых и базальных мембранах плаценты человека также был идентифицирован ряд подобных переносчиков (FABP, FATP и CD36). Было показано, что увеличение активности PPAR-γ увеличивает поглощение и накопление жирных кислот в клетках трофобласта человека путем регулирования экспрессии белков, связывающих жирные кислоты (FABP). В свою очередь, окисленные ЛПНП, способны активировать PPAR-γ в клетках цитотрофобласта и даже ингибировать инвазию трофобласта. Таким образом, PPAR-γ влияет на поглощение жирных кислот и дифференцировку трофобласта для обеспечения адекватной плацентации [27].
Другим маркером, регулирующим транспорт жирных кислот, является FABP4.
На сегодняшний день у млекопитающих идентифицировано по крайней мере девять различных его изоформ. Они экспрессируются в тканях, участвующих в активном метаболизме липидов: L-FABP/FABP1 в печени, I-FABP/FABP2 в кишечнике, H-FABP/FABP3 в сердце, A-FABP/FABP4/aP2 в адипоцитах, E-FABP/FABP5 в эпидермисе, Il-FABP/FABP6 в подвздошной кишке, B-FABP/FABP7 в головном мозге, M-FABP/FABP8 в миелине, T-FABP/FABP9 в тестикулах. Существуют различия между изоформами в аффинности связывания и селективности лиганда из-за структурных различий.FABP могут обратимо связываться с гидрофобными лигандами, такими как насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, эйкозаноиды, и их количество в клетках пропорционально скорости метаболизма жирных кислот [28].
Принято считать, что FABP облегчают транспорт жирных кислот к специфическим органеллам клетки для окисления липидов в митохондрии или пероксисоме; участвует влипид-опосредованной регуляции транскрипции в ядре; обеспечиваетпередачу сигналов, транспорт и мембранный синтез в эндоплазматическом ретикулумеи регулирование активности и накопления ферментов в цитоплазме.FABP также участвуют в превращении жирных кислот в эйкозаноиды и стабилизации лейкотриена [28].
FABP4, также известный как FABP адипоцитов (A-FABP), был впервые обнаружен в жировой ткани и зрелых адипоцитах [28]. Этот белок также был назван адипоцитом P2, поскольку существует высокое сходство последовательности с белком миелина P2 [28]. FABP4 экспрессируется в адипоцитах и состоит примерно из 1% всех растворимых белков в жировой ткани. Экспрессия FABP4 активно индуцируется во время дифференцировки адипоцитов и контролируется PPAR-γ, жирными кислотами, дексаметазоном и инсулином [28].
Механизм работы FABP4 активно изучался на мышах. Мыши с дефицитом FABP4 отличались избыточной массой тела и инсулинорезистентностью. Влияние FABP4 на чувствительность к инсулину у худых мышей обнаружено не было [28]. Предполагалось, что FABP4 активирует гормончувствительную липазу в адипоцитах, регулируя липолиз. Нокдаун гена FABP4 посредством РНК-интерференции у мышей с ожирением увеличивал массу тела за счет жировой ткани без значительных изменений гомеостаза глюкозы и липидов. Снижение FABP4 в адипоцитах компенсируется FABP5 [28].
Как было упомянуто выше, экспрессия FABP4 контролируется PPAR-γ, что обуславливает участие FABP4 в патогенезе ожирения и инсулинорезистентности посредством ингибирования PPAR-γ [29, 30].FABP4 запускает протеосомную деградацию PPAR-γ, который является критическим регулятором адипогенеза и чувствительности к инсулину. Важно отметить, что в проведенных ранее исследованиях преадипоциты и макрофаги мыши с нулевым FABP4 сочетаются с повышенной экспрессией PPAR-γ, а рост FABP4 в макрофагах снижает увеличенную экспрессию PPAR-γ.Преадипоциты демонстрируют усиление адипогенеза, что указывает на то, что FABP4 регулирует адипогенез путем подавления PPAR-γ [31].
Согласно проведенным ранее исследованиям, уровень FABP4 был выше, а уровень PPAR-γ был ниже в висцеральном жире человека и эпидидимальной жировой ткани у мышей по сравнению с их подкожным жиром. Кроме того, уровень FABP4 был выше в жировой ткани у пациентов с диабетом, страдающих ожирением, по сравнению со здоровыми людьми.Подавление PPAR-γ с помощью FABP4 в висцеральном жире может объяснить роль FABP4 в развитии заболеваний, связанных с ожирением, включая инсулинорезистентность, диабет и атеросклероз [31].
Известно, что FABP4 и лептин участвуют в патофизиологии ГСД и его отдаленных послеродовых осложнениях. Плацентарное и неплацентарное происхождение этих адипокинов, вероятно, способствует инсулинорезистентности и дисфункции β-клеток [32].
Недавние исследования показали, что сывороточные концентрации FABP4 были значительно увеличены у женщин с диагнозом ГСД по сравнению с контрольной группой [33, 34]. Zhang et al. обнаружили, что концентрации инсулина и FABP4 натощак были значительно выше в группе с ГСД по сравнению с женщинами с нормальной толерантностью к глюкозе во II и III триместрах беременности. Более того, у женщин с ГСД наблюдалось значительное повышение уровня FABP4 во II триместре беременности [33]. Концентрация материнского FABP4 повышалась в I триместре у женщин, у которых позже развился ГСД [33, 34].
Имеются исследования, согласно которым высокий уровень циркулирующего FABP4 в материнской сыворотке беременных женщин с ГСД вызван дополнительным высвобождением его из плаценты и адипоцитов, потому как экспрессия мРНК FABP4 в плаценте и децидуальной оболочке беременных с ГСД выше, чем в других органах [35]. Исследователи считают, что циркулирующий FABP4 связан с липолизом и может усугублять инсулинорезистентность по сравнению с физиологической чувствительностью к инсулину во время беременности. Кроме того, повышенное содержание плацентарных гормонов в сыворотке крови при ГСД способен увеличивать экспрессию мРНК FABP4 в адипоцитах, что может сыграть решающую роль в развитии инсулинорезистентности и СД2 в последующем [35].
Уровни FABP4 в сыворотке также были связаны с избыточной массой тела у пациентов с ГСД. В проведенном исследовании Ning et al. пришли к выводу, что сывороточный FABP4 может быть потенциальным биомаркером в диагностике ГСД, и связан с избыточным весом, инсулинорезистентностью и TNF-α у пациентов с ГСД [36].
В проведенном Kimber-Trojnar et al. исследовании было достоверно установлено, что уровни FABP4 в сыворотке крови были значительно выше в группе с ГСД в раннем послеродовом периоде по сравнению со здоровыми матерями и женщинами с чрезмерным увеличением веса во время беременности [37].
Основываясь на полученных результатах, можно говорить о том, что повышенные концентрации циркулирующего FABP4 могут сохраняться у пациентов с ГСД после родов и могут способствовать увеличению риска развития СД2 и метаболического синдрома. С другой стороны, оценка FABP4 может использоваться в качестве прогностического маркера для матерей с акушерским анамнезом, отягощенным ГСД [37].
Также существует исследование, в котором анализировали частоту развития СД2, индекс массы тела и уровень FABP4 в сыворотке крови у женщин с ГСД спустя шесть лет после родов. Повышенный уровень FABP4 в сыворотке, высокий индекс массы тела положительно коррелировали и частотой развития СД2 после перенесенного ГСД [38].
Синтаза жирных кислот (FAS) также может быть задействована в формировании инсулинорезистентности [39]. Она представляет собой гомодимерный фермент, который содержит несколько каталитических доменов, работающих в циклической петле с образованием пальмитата [40]. FAS катализирует эндогенный синтез de novo насыщенных жирных кислот из простых молекулярных предшественников (ацил-КоА и малонил-КоА) [39].
FAS преимущественно регулируется белками, связывающими регуляторный элемент стерола (SREBP), из которых существует 3 изоформы: SREBP1a, SREBP1c и SREBP2. В то время как SREBP1 в большей степени связан с транскрипцией генов синтеза жирных кислот, а SREBP2 – с генами, участвующими в метаболизме холестерина, они оба активируются одним и тем же сигналом – снижением холестерина, что говорит о связи между синтезом жирных кислот и синтезом холестерина [39].
Был проведен ряд опытов, в ходе которых стало известно, что при диабете наблюдается повышенная экспрессия гена FAS и активность ферментов, а также 10-кратное увеличение FAS-опосредованного липогенеза в печени. И, наоборот, у мышей, получавших пищу с высоким содержанием фруктозы, снижалось накопление липидов и окисление жирных кислот в печени. Поскольку FAS регулируется инсулином, глюкагоном, глюкозой и жирами, считается, что этот растворимый цитоплазматический белок играет важную роль в патогенезе заболеваний, связанных с гипергликемией [39].
Недавно FAS был также идентифицирован в кровотоке пациентов с различными онкологическими процессами, инсулинорезистентностью, ожирением [39]. Установлена роль тканевых FAS в метаболизме сложных насыщенных липидов, триглицеридов, липопротеинов очень низкой плотности и липопротеинов низкой плотности [39, 40].
Свободно циркулирующий в крови FAS коррелирует со стенозом сонной артерии у пациентов с диабетом, он присутствует и биохимически активен во фракциях сыворотки без липопротеинов высокой плотности. Каротидная бляшка, выделенная от пациентов с диабетом, демонстрирует различное содержание FAS.
Известна положительная корреляция между активностью свободной формы FAS и уровнем глюкозы в сыворотке. Ее активность повышена в сыворотке у пациентов с диабетом и может быть отражением инсулинорезистентности у данных пациентов [39].
Одно из недавних исследований продемонстрировало, что делеция FAS в макрофагах предотвращает вызванную диетой резистентность к инсулину. Реакция на инсулин и метаболический стресс в условиях диабета может влиять на активность FAS и гомеостаз холестерина [41].
Группой ученых также было проведено исследование, направленное на изучение динамики FAS и PPAR-γ в плаценте беременных женщин, страдающих ГСД. В ходе исследования было установлено, что экспрессия плацентарного FAS была значительно выше, тогда как PPAR-γ были ниже у женщин с ГСД по сравнению с нормально развивающейся беременностью [42].
Фактор преадипоцитов 1 (Pref-1) также может играть потенциальную роль в формировании инсулинорезистентности у женщин с ГСД. Он представляет собой трансмембранный белок, и может быть представлен циркулирующей формой, которая также известна как фетальный антиген 1 (FA1) [43].
В жировой ткани Pref-1 специфически экспрессируется в преадипоцитах, но не в адипоцитах, и поэтому используется в качестве маркера преадипоцитов [44–46]. У взрослых людей Pref-1 в значительных количествах обнаружен в преадипоцитах, в клетках поджелудочной железы, тимуса, надпочечников, гипофиза, стромальных клетках. Pref-1 широко экспрессируется в развивающихся эмбриональных тканях языка, легких, печени, позвонков, скелетных мышц, нервной трубки, поджелудочной железы, плаценты и клетках яичников, но экспрессия быстро снижается после рождения. Pref-1 также обнаруживается в некоторых опухолях и линиях опухолевых клеток нейроэндокринного происхождения. Повышенные уровни циркулирующего Pref-1 обнаруживаются в материнской сыворотке в концентрациях, которые коррелируют с количеством плодов у грызунов.
Кроме того, было показано, что Pref-1 влияет на множественные процессы дифференцировки, включая адипогенез, хондрогенез, остеобластогенез, кроветворение, дифференцировку надпочечников и нейроэндокринных клеток, а также дифференцировку В-клеток. В целом Pref-1 может действовать как растворимый фактор, поддерживая пролиферирующие клетки в недифференцированном состоянии во время развития [45].
Pref-1 более изучен на экспериментальных моделях. Известно, что мыши с дефицитом Pref-1 отличаются выраженным ожирением и задержкой роста.Сверхэкспрессия Pref-1 у мышей способствует липодистрофическому фенотипу и инсулинорезистентности за счет снижения поглощения глюкозы в скелетных мышцах и нарушения передачи сигналов инсулина в скелетных мышцах [43, 47].
Существуют исследования, описывающие связь повышенных концентраций Pref-1 в сыворотке крови у людей с ожирением и СД2.
Было проведено исследование, описывающее Pref-1 у женщин с ГСД, в ходе которого было установлено, что сывороточные показатели Pref-1 у женщин с ГСД и у женщин с нормально протекающей беременностью не имеют существенных различий. Однако показатели Pref-1 положительно коррелировали с уровнем триглицеридов, креатинина и сроком беременности [48].
Заключение
Таким образом, роль нарушений липидного обмена в патогенезе ГСД является бесспорной, но остается до конца не изученной. Формирующиеся дефекты метаболизма требуют проведения более углубленных исследований с целью своевременной диагностики и профилактики гестационных осложнений и развития акушерской и перинатальной патологии.
