GASOTRANSMITTERS IN THE REGULATION OF THE FUNCTIONS OF THE INTRAORGANIC BLOOD VESSELS OF THE UTERUS

Full Text

Открытие нового класса внутри-и межклеточных посредников - газотрансмиттеров, к которым относятся оксид азота (NO), монооксид углерода (СО) и сероводород (H2S), повлекло за собой изменение традиционных взглядов на механизмы сигнальной трансдукции. Газотрансмиттеры участвуют в обеспечении внутри-и межклеточной коммуникации с высокой степенью специфичности во многих, если не во всех клетках, тканях и органах. Эти вещества, удовлетворяя основным критериям классических медиаторов, в то же время коренным образом отличаются от них [19, 21, 30, 74]. У газотрансмиттеров нет специфических рецепторов на постсинаптической мембране, они выделяются из любого участка клетки и могут передавать сигнал вретроградном направлении, не накапливаются в синаптических пузырьках и не освобождаются экзоцитозом. Одним из уникальных свойств этих веществ является молекулярный механизм передачи сигнала. В отличие от классических мессенджеров, передающих сигнал по принципу каскада, газотрансмиттеры химически модифицируют внутриклеточные протеины, изменяя таким способом клеточный метаболизм. Новейшие достижения фундаментальной медицины, молекулярной биологии, биохимии, экспериментальной и клинической фармакологии свидетельствуют о регуляторной функции этой сигнальной системы, являющейся одной из ведущих в звеньях управления органной гемодинамикой [2, 8, 10, 53]. Изучение газообразных посредников в сосудах женской половой системы по сравнению с большинством других органов имеет короткую историю. Однако уже первые работы позволили рассматривать газотрансмиттеры в качестве важных регуляторов вазомоторики в матке [34, 55, 71]. Между тем, основное количество таких исследований выполнено на внеорганных сосудах. Внутриорганное кровеносное русло матки несравненно реже становилось предметом исследований, в связи с чем основная цель работы заключалась в анализе имеющихся в нашем распоряжении материалов по данному вопросу. Оксид азота Первым газотрансмиттером, идентифицированным в женских половых органах, был оксид азота, который, как теперь установлено, участвует во множестве физиологических и патологических процессов. Его вазоцептивная функция изучена лучше других газотрансмиттеров. Установлено, что данная сигнальная молекула играет заметную роль в регуляции сосудистого тонуса, ангиогенезе и проницаемости капилляров матки [9, 15, 65]. С оксидом азота связаны возрастные, сезонные, внутрисуточные преобразования кровеносной системы женских репродуктивных органов, ее перестройки в течение полового цикла и при беременности [3, 42, 48, 55, 59, 80]. Оксид азота препятствует адгезии циркулирующих тромбоцитов и лейкоцитов к эндотелию, тормозит клеточную пролиферацию, задерживая образование неоинтимы и утолщение сосудистой стенки, за счет чего оказывает антиатеросклеротическое действие [29, 72]. NO образуется в организме путем окисления L-аргинина с помощью цитохром Р-450подобного гемопротеина - NO-синтазы (NOS), которая обеспечивает присоединение молекулярного кислорода к конечному атому азота в гуанидиновой группе L-аргинина с образованием другой аминокислоты цитруллина. Выделены три изоформы NOS. Две из них являются конститутивными, названные по тем типам клеток, где они были впервые обнаружены, - нейрональная (nNOS), эндотелиальная (eNOS) и 1 - индуцибельная, или макрофагальная (iNOS). Все они катализируют образование NO, хотя каждую отличают особенности механизмов действия, локализации и биологического значения для организма. Распад и превращение NO в тканях происходит в основном путем быстрого (в течение нескольких секунд) взаимодействия с молекулярным кислородом с образованием стабильных конечных метаболитов - нитрита и нитрата, которые являются косвенными маркерами концентрации NO в тканях организма [8, 72, 74]. Выяснение сложных механизмов обратной связи влияния избыточного количества NO и инициируемых им свободных радикалов в клетках до сих пор вызывает интерес как у представителей фундаментальной, так и клинической медицины. С одной стороны, NO способен взаимодействовать с супероксидом (О2-), превращая его в очень токсичное вещество - пероксинитрит (ОNОО-), который после протонирования распадается с выделением NO2 и ОН-радикалов, что приводит к нарушению процессов метаболизма и функционирования внутриклеточных сигнальных путей [2, 26]. С другой стороны - повышение уровня NO в клетках, независимо от источника, эффективно предупреждает значительное нарастание его количества при стрессе и связанные с ним повреждения в тканях путем либо ингибирования индуцибельной формы фермента, либо через образование протекторных антиоксидантных или других белков [72, 74]. В репродуктивных органах у женщин выделены все 3 изоформы NOS, однако в большинстве структур NO синтезируется при помощи eNOS. Наличие eNOS установлено в миометрии, где оксид азота контролирует тонус матки во время беременности и родов [71]. Предполагается, что в матке eNOS опосредует действие рецепторов эстрадиола и прогестерона, играет важную роль в ангиогенезе [32, 65, 80]. Ингибиторы eNOS подавляют ангиогенез и уменьшают проницаемость сосудов, индуцируемую VEGF. Экспрессия nNOS у крыс выявлена нами только в периваскулярных нервных сплетениях и межмышечных нервных волокнах миометрии (рис. 1, а, б). Экспрессия nNOS неодинакова в различные фазы эстрального цикла: в фазу проэструс количество энзимпозитивных нервных волокон и интенсивность реакции в них выше, чем в фазу диэструс. Менее определенные материалы содержатся в литературе по топохимии iNOS в женской половой системе. Иногда iNOS рассматривают в качестве постоянного источника образования оксида азота в матке [71]. Повышение экспрессии iNOS отмечено в миометрии в фазу метаэструс, но особенно значительно - в начале беременности. Вполне вероятно, что в условиях физиологической нормы в образование оксида азота вовлечены все 3 изоформы фермента, но экспрессия каждой из них зависит от типа клеток, фазы цикла и вида животного. В настоящее время наличие оксида азота установлено в эндотелиальных клетках сосудов многих органов [19, 35, 72]. На химическую или механическую стимуляцию эндотелий реагирует усилением синтеза этого газа, который обеспечивает необходимую величину локального кровотока. В покое эндотелий постоянно секретирует небольшое количество оксида азота, поддерживая тонус артериальных сосудов. Синтез этого газа усиливается при динамическом напряжении сократительных элементов сосуда в ответ на выброс в кровь ацетилхолина и ряда других веществ. В определенных ситуациях (например, при острой гипоксии или кровотечении) клетки эндотелия, напротив, становятся причиной вазоконстрикции как за счет снижения продукции оксида азота, так и вследствие усиленной выработки сосудосуживающих веществ. Согласно современным представлениям, NO является основным вазодилататором, препятствующим тоническому сокращению приносящих сосудов матки [15, 34, 48]. Эффекты NO зависят от его концентрации и места образования, степени диффузии через сосудистую стенку, способности взаимодействовать с кислородными радикалами и т. д. В артериях определяются 2 уровня секреции этого газа: базальный, когда в нормально функционирующем эндотелии постоянно высвобождается NO для поддержания кровеносных сосудов в состоянии некоторой дилатации и обеспечения неадгезивности эндотелия. В данном случае синтез оксида азота регулируется eNOS. Другой уровень секреции наблюдается при различных воздействиях (механических, химических, бактериальных, вирусных и т. д.). Это так называемая стимулированная секреция NO, которая обеспечивается iNOS и связана со значительным повышением синтеза NO в эндотелиальных клетках. Продукция газа увеличивается под действием ацетилхолина, кининов, серотонина, катехоламинов и некоторых других веществ. Синтез NO в эндотелии возрастает при ускорении потока крови, дополнительно подавляя сократительную активность гладких мышц, что проявляется в уменьшении сопротивления резистивных сосудов. При нормальной беременности, когда значительно возрастает кровоток в матке и сокращается сопротивление ее внутриорганных артерий, увеличивается синтез NO в эндотелии этих сосудов [34]. Эффект пропадает или значительно редуцируется после блокады eNOS. NO быстро диффундирует через мембрану синтезировавшей его клетки в межклеточное пространство и легко проникает в клеткимишени, внутри которых он активирует одни энзимы и ингибирует другие. Основной мишенью NO в сосудистой системе является гем растворимой гуанилатциклазы. Активируя гуанилатциклазу, NO увеличивает образование циклического гуанинмонофосфата (цГМФ) в гладкомышечных клетках артерий и тромбоцитах [35, 72]. Под влиянием цГМФ происходят релаксация гладкомышечных волокон сосудистой стенки, торможение активности тромбоцитов и макрофагов. Повышение уровня цГМФ приводит к снижению концентрации ионов кальция в цитозоле клеток и ослаблению связи между миозином и актином, что и позволяет клеткам расслабляться, т. е. принимать первоначальную форму и размеры. Действует NO очень быстро. Образование цГМФ происходит через 5 с, а начало расслабления гладких мышц - через 10 с после добавления NO в культуру изолированных кровеносных сосудов. Расслабление мышечных клеток связано с внешними по отношению к клеткам механическими факторами, но не внутриклеточными процессами. Для гладких мышц сосудов матки - это половые гормоны, действие которых опосредует NO [59, 69, 70]. NO химически нестабилен: в сосудистом эндотелии он представляет собой короткоживущий (не более 1 с) вазоактивный субстрат, который играет ключевую роль в эндотелийзависимой релаксации, снижении миграции и пролиферации гладкомышечных клеток, ингибировании адгезии тромбоцитов и лейкоцитов к эндотелию и окислении липопротеинов низкой плотности. Разрушение NO происходит под воздействием гемоглобина, супероксидных анионов и растворенного в плазме кислорода, поэтому он является локальным регулятором сосудистого гомеостаза. В артериальной крови NO инактивируется в реакции с оксигемоглобином до нитрата и метгемоглобина, а в венозной крови образуется нитрозогемоглобин, который является источником локального образования NO и важным регулятором тонуса сосудов микроциркуляторного русла [8, 35]. Для демонстрации NO-синтаз в стенке сосудов используется гистохимический метод на NADPHдиафоразу и иммуногистохимический - для выявления NOS. Не являются в этом отношении исключением и сосуды матки. Имеются немногочисленные сообщения о наличие в стенке крупных приносящих артерий этого органа NADPH-диафоразы и NOS [15, 23]. Иммуногистохимическими исследованиями установлено, что в эндотелии ствола маточной артерии определяется только eNOS [34]. Интенсивность реакции значительно возрастает при беременности или введении эстрогена, обеспечивая ремоделирование сосудов при воздействии этих факторов [42, 48]. nNOS выявляется в нервных волокнах адвентиции артерий, а iNOS - в мышечных клетках артерий, но только во время беременности, что позволяет участвовать им в эндотелийнезависимой вазодилатации [46]. Во внутриорганной сосудистой сети матки локализация NADPH-диафоразы и NOS подробно не изучалась. Гистохимическим методом на NADPH-диафоразу продукт реакции нами установлен в эндотелии и средней оболочке относительно крупных и мелких внутриорганных артерий матки (рис. 2, а). И хотя во внутриорганных артериях матки даже одного калибра интенсивность реакции может существенно отличаться, топохимия фермента остается неизменной. Высокая активность NADPH-диафоразы постоянно определяется в периваскулярных тучных клетках эндометрия и миометрия, количество которых варьирует от одиночных клеток до обширных скоплений (см. рис. 2, б). В последние годы тучным клеткам матки отводится важная роль не только в регуляции вазомоторики, но и эстрального цикла, процессах имплантации и развития эмбриона, иммунных реакциях и т. д. [68, 76]. При иммуногистохимическом исследовании в эндотелии внутриорганных артерий выявляется исключительно eNOS (см. рис. 2, в). Причем в одних артериях глыбки преципитата в эндотелии располагаются очень плотно по всему внутреннему периметру, четко отграничивая монослой клеток от окружающей ткани, в других, зачастую проходящих рядом, мелкоозернистый осадок занимает относительно небольшой сегмент периметра артерий. Подсчеты показывают, что количество артерий, маркированных NADPH-диафоразой, в 1,5-3 раза больше, чем при иммуногистохимической реакции на eNOS. Выявленные различия более выражены при сопоставлении относительно крупных артерий и сокращаются по мере уменьшения их диаметра. iNOS в структурных элементах внутриматочных артерий в обычных условиях жизнедеятельности организма не определяется, но ее маркеры установлены в тучных клетках (см. рис. 2, г). В прекапиллярных артериолах, капиллярах и особенно в железах матки высокая активность NADPH-диафоразы и eNOS наблюдается преимущественно в фазу проэструс (рис. 3, а, б). В остальные фазы цикла в большинстве капилляров интенсивность реакции невысока. eNOS, вызывая усиление синтеза NO в эндотелии, способствует дилатации артерий. В результате сопротивление в них значительно понижается, а кровоток в нижележащих отделах сосудистого русла возрастает. Экспериментально установлено, что при значительном увеличении потока крови в регуляцию сосудистого тонуса вовлекаются и другие механизмы, что позволяет поддерживать в этих условиях адекватный обмен между кровью и тканью [7, 15]. nNOS отсутствует в стенке артериол и капилляров матки в течение всего полового цикла, а iNOS определяется в отдельных капиллярах только в фазу эструс (см. рис. 3, в). В капиллярах матки NO может участвовать в регуляции, по крайней мере, двух важнейших функций: обменной и сигнальной. Имеются материалы, что NO оказывает непосредственное влияние на интенсивность эндотелийзависимого транспорта молекул. Донор оксида азота L-аргинин в малых дозах вызывает достоверное снижение активности транспортных ферментов - Na+, K+ АТФазы и Mg2+ АТФазы, связанных с люминальной поверхностью эндотелия капилляров, а его блокатор L-NAME - повышение [1, 6]. Поскольку данный эффект не зависит от присутствия ионов кальция, скорее всего, он связан с активацией iNOS. При блокаде синтеза NO происходит компенсаторное увеличение транспорта воды и газов через межэндотелиальные контакты за счет торможения ингибирующего влияния кавеолина на eNOS [23, 64]. В плазматической мембране эндотелиоцитов eNOS ассоциирована с кавеолином, но в таком состоянии ее активность невысока. Под влиянием ряда рецепторзависимых стимулов (ацетилхолин, брадикинин, гистамин), способствующих вытеснению энзима из комплекса кавеолин - NOS и повышающих концентрацию кальция в эндотелиоцитах, происходят высвобождение eNOS из плазматической мембраны, ее активация кальцийкальмодулином, окисление L-аргинина и синтез небольших количеств NО. Повышение продукции NO и пероксинитрита в эндотелии при дефиците кавеолина-1 приводит к нарушению обменной функции капилляров. Компонентами цикла оксида азота регулируется также система трансцеллюлярного транспорта инсулина: введение ингибитора NO-синтазы уменьшает, а доноры оксида азота увеличивают его трансэндотелиальный транспорт [2, 73]. Тем же путем перемещается хемокин MCP-1 (monocyte chemoattractant protein-1). Транспорт МСР-1 является кавеолинзависимым и также, как аквапоринзависимый транспорт воды, регулируется эндотелием [66]. При связывании специфических рецепторов на поверхности эндотелиальных клеток активируется кавеолинзависимый транспорт. Интраорганные кровеносные сосуды женских репродуктивных органов часто рассматривают в качестве основной мишени для действия половых гормонов [11, 42, 50]. В стенке артерий матки идентифицированы рецепторы эстрадиола - α иβ, одновременно являющиеся транскрипционными факторами, через которые опосредуется гормональный эффект. Реакция этих двух подтипов рецепторов зависит от лиганда, поэтому они могут играть неодинаковую роль в регуляции генов. Эстрогены связываются с рецепторами, ассоциированными с ядром и плазматическими мембранами клеток, митохондрий и лизосом. Происходят усиленное образование микровезикул, отток кальция, ускорение транспорта глюкозы и аминокислот, высвобождение некоторых лизосомных ферментов, а также гистамина и серотонина из тучных клеток, лежащих периваскулярно [15, 68]. Совсем недавно в сосудах матки доказано существование еще одного типа рецептора эстрогена - GPER (G protein-coupled estrogen receptor), ассоциированного с G-белком, вазодилататорный эффект которого связан с выработкой NO эндотелием сосудов женских репродуктивных органов [28, 69]. Эстрогены изменяют основные параметры кровотока, оказывая влияние на рецепторы гладких миоцитов прекапиллярных сфинктеров через NO-cGMP-сигнальный путь [69]. Воздействуя на липидный состав плазматических мембран клеток-мишеней, эстрогены модифицируют рецепторно-сигнальные системы и изменяют жидкокристаллическое состояние мембраны, в которую встроены транспортные ферменты, приводя к их конформационным превращениям. Имеются экспериментальные доказательства зависимости возрастных, внутрисуточных преобразований в течение полового цикла и при беременности активности транспортных ферментов в стенке мелких внутриорганных сосудов женских половых органов от концентрации эстрогенов [3, 10, 11, 48, 50]. Прогестерон оказывает свое влияние на клетки-мишени через собственные рецепторы. На плазматической мембране и внутри клетки выявлены специфические участки связывания, которые опосредуют быстрые (мс) и медленные (около 1 ч) биологические эффекты гестагенов [58, 60]. Внутриклеточные рецепторы прогестерона относятся к суперсемейству лигандактивируемых транскрипционных факторов [62]. В эндометрии выявлены две основные изоформы рецепторов прогестерона: АиВ [37]. Обе изоформы кодируются одним геном, но возникают в результате действия разных промоторов. Действие того или иного промотора, т.е. области, определяющей инициацию транскрипции, направлено на определенный вид ткани и дополнительно контролируется эндокринными и паракринными факторами [44, 50]. По распределению в тканях и экспрессии в репродуктивном цикле мембранные рецепторы прогестерона подразделяются на три типа: α, β, γ. В репродуктивных органах человека, таких как яичник и плацента, мембранные рецепторы представлены типом mRP-α [40]. При контакте мембранного рецептора прогестерона с гормоном диссоциируется ингибиторный G-белок. Присутствие рецепторов прогестерона доказано в артериях, венах и капиллярах матки. Через собственные рецепторы прогестерон увеличивает экспрессию eNOS и тем самым синтез оксида азота, ингибируя при этом секрецию контрактильного фактора эндотелия (EDCF) и эндотелина-1 [58]. Прогестерон может оказывать прямое влияние на сосудистую стенку путем регуляции синтеза и выделения NO из эндотелиальных клеток [52]. В общей сложности прогестерон регулирует экспрессию 94 генов. В результате активации специфических генов прогестерон-рецепторным комплексом происходят стимуляция гликогенеза, метаболизма циклических нуклеотидов, повышение уровня простагландинов, пролактина, активатора плазминогена. Прогестерон усиливает активность изоцитратдегидрогеназы и лактатдегидрогеназы, а также катепсина D, глутаминтрансферазы, глюкозо-6фосфатазы, АТФазы, щелочной фосфатазы [57, 67]. Однако в сосудах матки увеличение активности транспортных ферментов - Na+, K+ АТФазы и Mg2+ АТФазы - при однократном использовании прогестерона отмечено только у овариоэктомированных крыс, тогда как у интактных животных при его введении выявлено снижение интенсивности реакции [15]. Вместе с тем, при ежедневном применении прогестерона в течение 2 сут установлено повышение активности щелочной фосфатазы в капиллярах яичника, а при 7-суточном использовании препарата - обратный эффект [11]. Транспортная функция эндотелия капилляров, безусловно, имеет решающее значение для трофики любого органа. Эндотелий капилляров представляет собой физиологически активный, динамичный и пластичный барьер, который позволяет изменять интенсивность прохождения различных веществ через него в зависимости от запросов окружающей ткани. Сигнальной молекулой в данном случае может выступать NO, синтез которого контролируется не только eNOS, находящейся в эндотелии капилляров матки, но и в эпителии желез эндометрия [9, 15]. Сигналы завершаются при снижении концентрации NO, вследствие уменьшения его продукции, а также в результате реакций с внутриклеточными молекулярными компонентами или выхода их из клеток [21, 73]. Сероводород H2S в отличие от NO является стойким соединением, обеспечивая развитие долговременного возбуждения с более широкой зоной воздействия [21, 30, 36]. Эндогенно H2S синтезируется преимущественно пиридоксаль-5’-фосфат-зависимыми ферментами - цистатионин β-синтазой (СВS) и цистатионин γ-лиазой (CSE). Оба они являются цитозольными ферментами, регулируя метаболизм аминокислот, содержащих серу, начиная с бактерий и до млекопитающих. СВS катализирует синтез цистатионина, превращая гомоцистеин в серин, а CSE катализирует образование α-кетобутирата, NH4+ и цистатионина. СВS катализирует синтез H2S из цистеина β-элиминацией, CSE - β-дисульфидные связи в реакции образования H2S из цистеина (тиоцистеина) [31, 36]. Тиоцистеин может вступать во взаимодействие с цистеином или другими тиолами. Субстратом для образования H2S является L-цистеин, который поступает в организм с продуктами питания или синтезируется из L-метионина, а также образуется в результате распада аминокислот. Экспрессия СВS на транскрипционном уровне регулируется глюкокортикоидами, циклическим АДФ, S-аденозил-L-метионином, гемом, пиридоксаль-5’-фосфатом. Уровень его активности зависит от внутриклеточного Са2+ и белка кальмодулина, связывающего ионы кальция, т. е. H2S синтезируется в ответ на вход катионов кальция в клетку, стимулируя, в свою очередь, увеличение активности цАМФ [2, 30, 45], а возможно, и цГМФ [20]. Но основным участником внутриклеточной сигнализации для H2S является цАМФ, хотя CSE, как и конститутивные NO-синтазы, селективно активируется комплексом Са2+ - кальмодулин. У млекопитающих CSE преобладает в гладкой мускулатуре желудка и кишечника, СВS в наибольшем количестве определяется в печени, слизистой оболочке желудка, легких, почках, нейронах головного и спинного мозга [4, 13, 27, 36, 74]. Распространение сероводорода в репродуктивных органах изучено очень слабо. В яичнике мыши экспрессия CBS установлена в эпителиальных клетках на всех стадиях развития фолликула [10, 11]. В поздних антральных фолликулах CBS-иммунореактивный белок выявлен в гранулезных клетках, примыкающих к антруму, и в кумулусных клетках, расположенных вокруг овоцита. Опубликованы материалы о влиянии H2S на сократительную способность миометрия мыши [51]. В этом процессе принимают участие оба пиридоксаль-5’-фосфат-зависимых фермента, обладающих способностью превращать цистеин в H2S в гладкомышечных клетках матки. Сократительная способность матки уменьшается при подавлении экспрессии каждого из этих ферментов, но особенно значительно при использовании блокатора CSE. У мышей с нокаутом гена CSE (-/-) влияние H2S на сократительную способность миометрия заметно снижается. По другим данным, CBS и CSE играют одинаково важную роль в обеспечении физиологических процессов матки, однако значение каждого из них зависит от фазы полового цикла, наличия или отсутствия беременности и других факторов [24]. Свойства H2S в сосудистой системе начали изучать совсем недавно. По некоторым данным, этот газ является важнейшей составной частью эндотелиального гиперполяризующего фактора (EDHF), оказывающего релаксирующее действие на сосуды [19, 78]. Аппликация препаратов, блокирующих действие EDHF, на внутреннюю поверхность аорты уменьшает вазорелаксирующий эффект H2S. В интактном эндотелии H2S, по-видимому, обеспечивает дополнительное высвобождение EDHF, потенцируя и пролонгируя действие этого фактора. Применение H2S приводит к умеренному (на 12-30 мм рт. ст.), но стойкому уменьшению артериального давления у крыс и его повышению у мышей с нокаутом гена CSE [12, 25, 82]. Физиологические концентрации H2S (125 мМ) in vitro индуцируют релаксацию аорты и воротной вены у крыс. В отличие от других газотрансмиттеров, активирующих гуанилатциклазу, вазодилататорное действие H2S в сосудах связано с увеличением синтеза цАМФ. Сероводород активирует работу мембранных АТФ-зависимых калиевых каналов, через которые ионы калия из внеклеточной среды попадают внутрь клетки [39, 81]. Вазомоторный эффект H2S проявляется либо в результате его прямого воздействия на Ca2+-каналы мышечных клеток, либо на АТФ-зависимые К-каналы. Их открытие ведет к гиперполяризации гладких миоцитов, закрытию потенциалзависимых Ca2+-каналов и сокращению поступления ионов кальция в клетку. Снижение внутриклеточной концентрации Ca2+ индуцирует релаксацию сосудистых миоцитов. Эффект релаксации не развивается при блокаде АТФ-зависимых К-каналов, в связи с чем высказывается мнение, что H2S является основным модулятором кальциевого гомеостаза, индуцирующим поступление ионов кальция в цитозоль клеток через Ca2+-каналы L-типа [82]. В экспериментах на лабораторных мышах было установлено, что при расслаблении гладкой мускулатуры сосудов, вызванном H2S, артериальное давление понижается, однако частота сердечных сокращений не меняется. Некоторые исследователи считают CSE основным H2S-продуцирующим ферментом в стенке артерий [43, 75, 78]. Приводятся доказательства, что заглавная роль в продукции H2S принадлежит 3-меркаптопируватсульфотрансферазе, которая опосредует его эффекты через прямую модуляцию NO [41, 49]. Другие считают, что наиболее важным ферментом для образования H2S в гладкомышечных клетках артерий многих органов является СВS [12, 13, 30, 63]. Тем более что при воздействии гипоксии или экзогенном введении H2S только ингибитор СВS вызывает существенные изменений изометрического напряжения сегментов артерий. Ингибиторы CSE и меркаптопируватсульфотрансферазы не оказывают существенного влияния на короткую фазу эндотелий-зависимого сокращения и последующую длительную фазу эндотелий-независимой релаксации [82]. В коронарных артериях отмечена экспрессии всех трех Н2Ѕ-продуцирующих ферментов [25]. О влиянии сероводорода на кровоснабжение матки и роли в этом процессе Н2Ѕпродуцирующих ферментов известно немного. Представлены материалы, что экзогенное применение Н2Ѕ способствует вазодилатации и усилению кровотока в маточной артерии во время беременности и в пролиферативную фазу менструального цикла [24]. При этом в эндотелии и мышечной оболочке артерии наблюдаются высокий уровень экспрессии mRNA CBS и его снижение после использования специфических ингибиторов данного фермента. Несмотря на то, что CSE обнаружен в стенке маточной артерии в пролиферативную и секреторную фазы полового цикла, а также во время беременности, уровень ее экспрессии мало зависит от этих факторов. На модели культуры эндотелиальных клеток маточной артерии человека установлено, что в H2Sстимулированное увеличение кровотока матки во время беременности, помимо CBS, вовлечены VEGF и NO [63, 80]. По данным авторов, беременность не только увеличивает эндотелиальную продукцию H2S, но и VEGF-стимулированный ангиогенез. Во внутриорганных артериях и капиллярах матки изучение локализации ферментов, участвующих в образовании H2S, насколько нам известно, не проводилось. По нашим данным, мелкозернистый преципитат, образующийся при иммуногистохимической реакции на СВS и CSE, выпадает в эндотелии и мышечной оболочке внутриорганных сосудов матки (рис. 4, а, б). Помимо того, положительная реакция на CВS наблюдается в железах, децидуальных клетках и капиллярах эндометрия. По нашим подсчетам, количество крупных внутриорганных артерий матки с положительной реакцией на CSE и СВS мало отличается между собой. Различия возрастают по мере сокращения диаметра артерий и достигают максимальных значений среди артериол и капилляров. В более тонких артериях и капиллярах экспрессия СВS наблюдается чаще. Вместе с тем, если в крупных артериях маркеры обоих ферментов наблюдаются в эндотелии и мышечных клетках, то в артериолах и капиллярах преимущественно в эндотелии, что подтверждают результаты электронно-гистохимических исследований [15]. Заметим, что, наряду с энзимпозитивными сосудами, в матке имеются достаточно большое количество сосудов, в которых экспрессии исследуемых ферментов не наблюдается. Таким образом, синтез H2S может проходить в крупных и мелких сосудах матки, в которых выявлена экспрессия СВS и CSE. Но их локализация в сосудах разного калибра имеет определенные особенности. Механизм вазомоторного действия H2S в эндотелии и мышечных клетках маточных артерий может существенно различаться. Известно, что в гладкомышечных клетках эффект дилатации развивается в результате прямого действия H2S на Ca2+ и АТФ-зависимые К-каналы, открытие которых ведет к гиперполяризации и релаксации гладких миоцитов [2, 27]. В эндотелии H2S может выступать либо как первичный фактор, инициирующий активность миоцитов через миоэндотелиальные контакты, либо как посредник в высвобождении других вазорелаксантов, прежде всего, оксида азота, не оказывая непосредственного влияния на тонус гладких миоцитов [49]. Монооксид углерода В организме человека и животных СО образуется в микромолярных концентрациях в результате расщепления гема ферментом гемоксигеназой. При расщеплении субстрата, помимо СО, высвобождаются также биливердин, быстро превращающийся в билирубин под действием биливердинредуктазы, и двухвалентное железо, которое приводит к синтезу активных форм кислорода [21, 33, 77]. Молекула гема - небелковый компонент гем-протеинов (миоглобина, гемоглобина, цитохромов и пр.) - непосредственный и, возможно, единственный субстрат для образования СО в организме. В окислительном превращении гема участвуют 3 изоформы гемоксигеназы: индуцибельная НО-1 (белок теплового шока Hsp32), играющая важную роль в адаптации различных клеток и тканей при действии стрессорных факторов, апоптозе, патологии, конститутивная НО-2, определяющая скорость деградации гема в норме, и НО-3, функциональное значение которой доподлинно неизвестно. Синтез СО увеличивается в ответ на повышение цитозольной концентрации кальция, активацию протеинкиназы С и тирозинкиназ. СО, как и NO, повышает уровень цГМФ, оказывая расслабляющее действие на гладкомышечные клетки, но в отличие от него является относительно стойким соединением с широкой зоной воздействия [33, 77]. И хотя СО активирует гуанилатциклазу почти в 30 раз слабее, чем NO, за счет своей химической стабильности может оказывать на сосуды более слабые, но долговременные тонические эффекты. Мишенями СО в тканях могут быть растворимая гуанилатциклаза, которую он активирует, потенциал-зависимые калиевые каналы и кальций-активируемые калиевые каналы. Кроме того, СО взаимодействует с гемсодержащими белками, включая цитохром С-оксидазу, цитохром Р450 и гемсодержащие факторы транскрипции. Активность ферментов подавляется протопорфиринами (оловомезопорфирин, цинкпротопорфирин), ингибирующими метаболизм гема и образование НО-1 и НО-2 у млекопитающих. В период беременности СО является важнейшим элементом, влияющим на функцию фетоплацентарной системы и плода, оказывает положительное действие на имплантацию и плацентацию, обеспечивает рост, развитие и выживаемость плода [79]. СО обеспечивает нормализацию эстрального цикла при его нарушениях и дефиците эстрогенов в постменопаузе, стимулирует продукцию половых гормонов, лактацию, оказывает вазо-и цитопротективное действие, вызывает снижение тонуса матки во время беременности [22, 56]. Однако не все с этим согласны, считая, что влияние системы НО-СО на сократительную активность миометрия во время беременности сильно преувеличено [18]. В физиологических условиях в миометрии определяются конститутивная и индуцибельная изоформы гемоксигеназы, однако во время беременности их концентрация многократно возрастает. В этот период для нормальной работы матки особое значение имеет НО-1, которая обеспечивает нескольких ключевых событий в первой половине беременности. Удаление локуса гена Hmox1, кодирующего HO-1 у мышей, приводит к повышению плодной летальности. Экспрессия НО-1 в матке положительно коррелирует с уровнем эстрогена и прогестерона, тогда как НО-2 - только прогестерона [79]. Поэтому в фазу проэструс имеет место значительное увеличение экспрессии НО-1, а в фазу метаэструс - НО-2 и НО-1. Наличие НО-2 в большой группе нейроэндокринных клеток передней доли гипофиза предполагает участие СО в центральных механизмах регуляции функций репродуктивной системы. Использование донора НО-2 увеличивает, а ингибиторы фермента снижают секрецию гонадотропинов и пролактина. Введение животным гемина приводит к стимуляции гонадотропин-индуцированной секреции андростендиона и эстрогенов у небеременных крыс и прогестерона у беременных животных [16]. В последние годы появились доказательства, что эндогенно продуцируемый СО вызывает длительное расширение сосудов матки [15]. Но особенно сильный эффект СО отмечен в отношении артериального русла мозга и сердца [5, 17, 38, 61]. Внутрибрюшинное введение протопорфирина цинка IX (ZnPP) вызывает сокращение диаметра сосудов и плотности потока крови. Наиболее выраженные изменения диаметра наблюдаются среди крупных артерий, обладающих развитой мышечной оболочкой. В этих сосудах эффект донора СО и ингибитора гемоксигеназ оказался сильнее и продолжительнее, чем в мелких артериях и артериолах. В крупных артериях СО оказывает свое действие преимущественно на гладкомышечные клетки. В этих сосудах эффект донора СО и ингибитора гемоксигеназ оказался сильнее и продолжительнее, чем в мелких артериях и артериолах. В отличие от NO сосудорасширяющий эффект СО проявляется и в деэндотелизированных артериях, хотя в данном случае действие СО не столь выражено, как в сосудах с сохраненным эндотелием [38, 61]. СО способен вызывать релаксацию изолированных мышечных клеток артерий. Мишенями действия СО в гладкомышечных клетках артерий могут быть потенциалзависимые калиевые каналы, а также Са2+активируемые калиевые каналы [33, 77]. СО увеличивает K-зависимый ток и индуцирует гиперполяризацию в изолированных гладкомышечных клетках сосудов. Иммуногистохимический маркер НО-2 определяется в стенке крупных и мелких внутриматочных артерий, но не наблюдается в венах [9, 15]. При этом локализация и обильность продукта реакции во многом зависят от диаметра артерий. В крупных артериях матки с развитой средней оболочкой гранулярный осадок, маркирующий локализацию НО-2, наиболее плотно откладывается в гладкомышечных клетках. В артериях среднего и мелкого калибров интенсивность реакции возрастает в эндотелии. НО-2 в миоцитах выполняет функцию модулятора сосудистого тонуса [38]. Мелкогранулярный осадок коричневого цвета, образующийся при иммуногистохимической реакции на НО-2, откладывается также в капиллярах эндометрия и миометрия, окрашивая их в зависимости от плотности отложения преципитата в разные оттенки коричневого цвета (см. рис. 4, г). СО-индуцированная вазорелаксация прекращается при блокировании цГМФ и Са2+активируемых калиевых каналов. В более мелких спиральных артериях, наряду с миоцитами, иммуногистохимические маркеры НО-2 наблюдаются в эндотелии. Содержание сосудов с энзимпозитивным эндотелием в матке возрастает по мере уменьшения диаметра артерий. В физиологических условиях НО-1 в сосудах матки не определяется [9, 15]. Долгое время считалось, что эндотелий не играет существенной роли в СО-индуцированной вазорелаксации. Однако не так давно экспрессия НО-2 была установлена в эндотелии мелких пиальных, коронарных и брыжеечных артерий у крыс в обычных условиях существования организма, а НО-1 - при гипертензии [14, 17, 38, 54, 61]. По современным представлениям, эндотелий играет ведущую роль в обеспечении вазомоторики мелких артерий. Любое проявление активности этих сосудов связано с гиперполяризацией эндотелия, после чего генерируемый в них электрический сигнал через миоэндотелиальные соединения передается сосудистым миоцитам. Взаимодействие газотрансмиттеров в регуляции вазомоторики В последние годы появились экспериментальные доказательства, что регуляция тонуса сосудов осуществляется в тесном взаимодействии всех трех рассмотренных выше газотрансмиттеров, которые могут модулировать активность друг друга [30, 53, 80]. Молекулы СО и NO имеют несомненное функциональное сходство, хотя вазомоторный эффект СО слабее, чем NO иН2S. СО-продуцирующие ферменты, также как еNOS, локализованы в эндотелии артериальных сосудов матки и через него способны влиять на сократительные клетки артерий. CO и NO активируют растворимую гуанилатциклазу, что ведет к многократному увеличению цГМФ, хотя эта способность у СО ниже, чем у NO [47]. Н2S в физиологических концентрациях, как СО и NO, расширяет артерии, но с помощью активации АТФ-чувствительных калиевых каналов и увеличения продукции цАМФ. На синтез H2S оказывает влияние NO, который повышает активность CSE в сосудах [49]. Такое взаимодействие NO и H2S-опосредованных сигнальных систем может происходить через нитрозилирование свободных SH-групп в составе CSE, а также через активацию протеинкиназы G [53]. Ингибиторы CSE (DL-propargylglycine иβ-cyanoL-alanine) снижают внутриклеточную продукцию цГМФ в гладкомышечных клетках аорты крысы, тогда как доноры H2S вызывают ее увеличение. В присутствии ингибиторов фосфодиэстераз усиление синтеза цГМФ при действии сероводорода прекращается. Добавление 30 мкМ NaHS снижает релаксирующее действие нитропруссида натрия на гладкомышечные клетки сосудов, а предобработка кольцевых сегментов аорты крысы раствором, содержащим 60 мкМ H2S, полностью устраняет расслабление, вызванное нитропруссидом натрия [53]. Изменения АТФ-чувствительной калиевой проводимости мембраны являются важным компонентом потенциал-зависимого влияния NO на гладкомышечные клетки артерий. В связи с этим следует ожидать взаимодействия H2S и NO на данном эффекторе. При усилении кровотока в маточной артерии, вызванном применением заместительной эстрогенной терапии, отмечено тесное взаимодействие между H2S и NO [43]. Использование эстрогена стимулирует экспрессию мРНК CBS иеNOS, значительно увеличивая продукцию H2S и NO, обеспечивающих вазодилатацию в матке у интактных и овариэктомированных овец. Сходная реакция у этих животных отмечена в брыжеечной артерии, тогда как в сонной артерии повышения экспрессии указанных выше ферментов не наблюдается. Ферментные системы CO-НО и CSE/СВS-H2S потенциально способны к взаимодействию с NO в регуляции органного кровообращения, в том числе маточного [43, 80], тем более что экспрессия НО и NOS часто проходит совместно. Предполагается, что в этих случаях NO активирует НО, которая в дальнейшем стимулирует образование цГМФ, преимущественно путем СО-сигнализации. При этом NO не только потенцирует цГМФ-опосредованную сигнализацию, но и работает как ретроградный мессенджер для СО-сигнализации [47]. Роль систем НО/СО, CSE/СВS-H2S и NO/NOS в управлении функциями сосудов все последние годы активно изучается, но пока не до конца понятно, как эти системы взаимодействуют между собой. Несмотря на то, что физиологическое значение и механизмы вазомоторного действия газотрансмиттеров во многом близки, их нельзя назвать полными синергистами, так как в ряде случаев они подавляют активность друг друга, а их эффекты на одни и те же тканевые мишени нередко различаются. Заключение. Несмотря на то, что внутриорганное кровеносное русло является основным звеном для адекватного кровоснабжения органных структур, в матке его строение, функции и механизмы регуляции практически не изучены. Приведенные материалы, с одной стороны, подчеркивают значимость NO, СО и H2S в регуляции сократимости гладких мышц сосудов, проницаемости капилляров, с другой - указывают на необходимость дальнейших исследований роли газотрансмиттеров в общей системе регуляции гемодинамики матки.

About the authors

V. M. Chertok

Pacific State Medical University

Email: chertokv@mail.ru
Department of Human Anatomy 2 Ostryakova St., Vladivistok 690002

I. A. Khramova

Pacific State Medical University

Email: khramova@mail.ru
Department of Obstetrics and Gynecology 2 Ostryakova St., Vladivistok 690002

A. Ye. Kotsyuba

Pacific State Medical University

Email: akotc@mail.ru
Department of Human Anatomy 2 Ostryakova St., Vladivistok 690002

References

Supplementary files