Melatonin and genital endometriosis - new possibilities of therapy

Abstract

Presented literature review describes anti-estrogenic, anti-inflammatory, antioxidant, antiangiogenic, proapoptotic, antiproliferative and analgesic effects of melatonin, that allow to consider it as pathogenetically proved medication for treatment of genital endometriosis.

Full Text

Одним из наиболее загадочных и наименее изученных гормонов является мелатонин, синтезирующийся практически во всех организмах, начиная от бактерий и низших растений и заканчивая человеком, и вырабатывающийся в различных концентрациях в зависимости от собственных суточных ритмов. Это показывает участие мелатонина в качестве регулятора различных биохимических процессов и реакций. Результаты многочисленных исследований демонстрируют, что действие мелатонина значительно шире, чем это было принято считать несколько десятилетий назад. Однако механизмы, контролирующие выработку мелатонина, а также непосредственного его влияния на различные органы и ткани, остаются до сих пор не до конца изученными [8, 41]. Мелатонин (N-ацетил-5-метокситриптамин) - гормон индоламинового ряда, синтезируемый пинеалоцитами шишковидной железы непосредственно из серотонина. В свою очередь, серотонин, являющийся в том числе и нейромедиатором, и в значительных концентрациях обнаруживаемый в шишковидной железе, синтезируется из незаменимой аминокислоты триптофана путем его 5-гидроксилирования, а затем декарбоксилирования получившегося гидрокситриптофана. В шишковидной железе серотонин ацетилируется под влиянием N-ацетилтрансферазы, а затем подвергается метилированию под действием оксиндол-О-метилтрансферазы с образованием мелатонина. Следует отметить, что именно оксиндол-О-метилтрансфераза является основным фактором, определяющим производство мелатонина и, по сути, его ограничивающим [8, 9, 26]. Известно, что синтез мелатонина зависит от освещенности. Так, в светлое время наблюдаются низкие концентрации мелатонина в плазме, которые увеличиваются до пиковых значений в темноте. Это связано с наличием многочисленных нейронных проводящих путей, связывающих ганглиозные клетки сетчатки и эпифиз. Информация от сетчатки глаза первично передается на нейроны супрахиазматического ядра гипоталамуса, область мозга хорошо известную, как область-координатор биологических цирхоральных и циркадных реакций. Далее нервные волокна из гипоталамуса спускаются к спинному мозгу, а затем переключатся на нейронах верхнего шейного симпатического узла, от которого в составе постганглионарных нейронов поднимаются обратно к эпифизу. Таким образом, шишковидная железа является аналогичной мозговому слою надпочечников, в том смысле, что преобразовывает сигналы, поступающие со стороны симпатической нервной системы, в гормональный ответ [26]. Помимо шишковидной железы, мелатонин также производят и депонируют ткани сетчатки, хрусталика, яичники, костный мозг, энтерохромаффинные клетки ЖКТ, однако плазменную концентрацию мелатонина создает именно эпифиз, а гормон, содержащийся в клетках других различных тканей и органов, реализует свое действие исключительно местно [26]. Известно, что мелатонин выполняет множество различных функций. Данный гормон является триггером процесса сна и одним из ключевых регуляторов естественного цикла сна. Он регулирует циркадный ритм, поддерживаемый с помощью различных механизмов биологических часов в области супрахиазматического ядра головного мозга. Отмечено нейропротективное и нейрорегенеративное действие данного гормона [26]. Мелатонин как прямо, так и косвенно проявляет антиоксидантную активность. Прямой антиоксидантный эффект проявляется за счет непосредственной инактивации свободных радикалов, в частности гидроксильных радикалов, образующихся в ходе жизнедеятельности клетки. Непрямой эффект реализуется путем стимуляции синтеза антиоксидантых ферментов клетки, таких как супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза и глутатионредуктаза, а также за счет увеличения общего уровня глутатиона. Таким образом, как антиоксидант мелатонин защищает ядерную ДНК, мембранные липиды и цитозольные белки от свободнорадикального окислительного повреждения [19, 21]. Данные литературы показывают, что мелатонин обладает противоопухолевой активностью [1, 10, 29]. В настоящее время общепризнано, что экспериментальные воздействия, которые активизируют функцию пинеальной железы, или экзогенное введение мелатонина, сокращают число случаев возникновения и развития опухолей, в то время как пинеалэктомия стимулирует рост опухолей [40]. Кроме того, гормон эпифиза может оказывать онкостатический эффект посредством своего иммунномодулируюшего действия [12], антиоксидантного эффекта, наличием способности блокировать митогенные эффекты пролактина [2], а также способностью влиять на синтез и секрецию гормонов, регулирующих репродуктивную функцию, в частности, воздействуя на гипоталамо-гипофизарную систему [14, 26]. Таким образом, учитывая множество разнообразных эффектов мелатонина, возможность терапевтического применения данного гормона представляет большой интерес для медицины. В частности, актуальной проблемой является изучение влияния мелатонина на патогенез наружного генитального эндометриоза (НГЭ) и возможность его применения в клинической практике при данном заболевании. Генитальный эндометриоз представляет собой эстроген-зависимый патологический процесс, характеризующийся имплантацией, ростом и развитием ткани, сходной по структуре с эндометрием, за пределами границ нормальной локализации слизистой оболочки матки [3]. Данное заболевание встречается, по разным данным, у 10- 15 % женщин репродуктивного возраста и является одной из ведущих причин тазовых болей, бесплодия и невынашивания беременности [3]. Этиология и патогенез НГЭ до сих пор остаются недостаточно изученными, однако такие факторы как ретроградная менструация, наследственная предрасположенность, нарушение функции иммунной системы, экзо- и эндогенные токсины являются причастными к возникновению и развитию данного патологического состояния [18, 49]. Известно, что эндометриоз является гормонально-зависимым заболеванием, характеризующимся нарушением регуляции гипоталамо-гипофизарно-яичниковой системы, с развитием абсолютной и относительной гиперэстрогенемии [3, 36, 49]. У различных видов млекопитающих мелатонин способен регулировать репродуктивную функцию через активацию рецепторов гипоталамо-гипофизарной области, которая, как известно, управляет активностью гонад посредством выработки гонадотропных гормонов, а также через регуляцию секреции эстрогенов яичниками [22, 23]. Кроме того, наличие рецепторов к мелатонину в клетках антральных фолликулов и желтого тела в яичниках крысы [24] также предполагает прямое регулирующее действие этого гормона на функцию яичников. Наличие рецепторов мелатонина в ЦНС и половых железах, а также рецепторов к эстрогенам в эпифизе, отражают сложную двустороннюю взаимосвязь между секрецией мелатонина и эстрогенов. У человека роль мелатонина на функцию яичников до сих пор недостаточно изучена, а наиболее явное свидетельство прямой взаимосвязи между уровнем мелатонина и функцией яичников, следует из наблюдений, отражающих нарушение нормальной секреции этого гормона при дисфункциях половой системы, или, наоборот, нарушениях со стороны репродуктивной системы при изменениях секреции гормона эпифиза. В лютеоцитах человека экспрессируются две формы рецепторов к мелатонину. В этих клетках мелатонин модулирует экспрессию рецепторов ЛГ и ГнРГ. В эксперименте с культивированными гранулезными человеческими клетками мелатонин снижает ЛГ- и ФСГ-стимулированную секрецию эстрадиола, что свидетельствует в пользу возможного подавления функции яичников данным гормоном [24]. Тем не менее, по данным некоторых авторов, мелатонин не оказывает эффекта на синтез и секрецию эстрадиола гранулезными клетками [47, 48], а высокие концентрации мелатонина в фолликулярной жидкости являются результатом не повышения уровня его локального синтеза, а результатом активного поглощения гормона фолликулярными клетками [22]. Доказанным является факт антиэстрогенного эффекта мелатонина, путем блокады цитозольных α-эстрогеновых рецепторов. Механизм блокады данных рецепторов связан с инактивацией внутриклеточного комплекса-мессенджера - Са2+/кальмодулин, который в норме способствует фосфорилированию эстрогенового рецептора, что облегчает связывание комплекса эстроген-рецептор с АP-1 промоторным участком транскрипционного аппарата, а также с уменьшением концентрации цАМФ (через рецепторы к мелатонину MT1) и одновременным увеличением уровня цГМФ, что препятствует пути реализации передачи сигналов эстрогена на транскрипционный аппарат ядра [22]. Важным фактом является отсутствие блокады других форм рецепторов эстрогена [22], что делает возможным применение мелатонина в течение длительного периода без опасности стимуляции яичников, в отличие, например, от препаратов группы ингибиторов ароматазы, которые не могут в связи с этим назначаться в качестве монотерапии. Кроме того, некоторыми исследователями отмечено изменение активности фермента ароматазы, ответственного за конверсию андрогенов в эстрогены, под влиянием мелатонина, что требует дополнительных исследований [22, 25]. Отмечено, что мелатонин снижает активность и экспрессию ароматазы, сульфатазы и 17β- гидроксистероиддегидрогеназы и повышает активность и экспрессию эстроген-сульфотрансферазы, а также прямо взаимодействует с рецепторами к эстрогену, являясь селективным модулятором эстрогеновых рецепторов [16, 39]. Данные факты позволяют говорить об антиэстрогенном эффекте действия мелатонина, что может являться темой для дальнейших исследований в области применения мелатонина в лечении эстрогензависимых заболеваний, в том числе и эндометриоза. Эндометриоз является мультифакториальным заболеванием, связанным с развитием эстроген-зависимой воспалительной реакции [20]. Окислительный стресс был предложен как один из важных факторов в патогенезе заболевания [22]. Индукторами окислительного стресса могут являться эритроциты, клетки эндометрия, подвергающиеся апоптозу, отторгнутые клетки эндометрия менструальной крови. Активированные макрофаги запускают механизм окислительного стресса, в результате которого активируется цепочка окислительно-восстановительных и свободно-радикальных реакций, с образованием активных форм кислорода, перекисных соединений, а также продуктов перекисного окисления белков и липидов. Основной активной формой кислорода, наличие которой необходимо учитывать, является супероксиданион, преимущественно производимый митохондриями, перекись водорода, образуемая из супероксиданиона под действием супероксиддисмутазы и разрушаемая другим ферментом - каталазой, а также пероксинитрит, образуемый путем взаимодействия двух молекул кислорода с молекулой оксида азота [30, 36]. Было определено, что активные формы кислорода непосредственно повреждают клеточные макромолекулы, такие как белки, липиды и нуклеиновые кислоты [45]. Данные процессы являются ключевыми факторами поддержания воспалительной реакции, являющейся одним из главных патогенетических механизмов развития эндометриоза. Во многих работах было показано, что объем перитонеальной жидкости у больных НГЭ увеличен, а ее состав изменен [30]. Отмечено повышение концентрации активных форм кислорода, производимых макрофагами [38], увеличение окисления липропротеидов низкой плотности [42], повышение содержания конечного продукта перекисного окисления липидов - малонового диальдегида, уменьшение уровня антиоксидантных ферментов, а также более низкие уровни витамина Е в перитонеальной жидкости при эндометриозе по сравнению со здоровыми женщинами [30]. Помимо прямого повреждающего действия активных форм кислорода на клетки, они способны и косвенно поддерживать процесс воспаления путем стимуляции выброса макрофагами различного рода цитокинов и медиаторов воспаления, таких как интерлейкин-1, интерлейкин-6, фактор некроза опухолей-α (TNF-α) [36]. Отмечено повышение в перитонеальной жидкости больных НГЭ уровней интерлейкина-1β, интерлейкина-6, интерлейкина-8, TNF-α, фактора, ингибирующего миграцию макрофагов и белка-1 хемоаттрактанта моноцитов (MCP-1), RANTES (хемокина, регулирующего активацию, экспрессию и секрецию нормальных Т-клеток), MIG (монокина, индуцированного интерфероном-γ), а также некоторых других цитокинов [4, 50]. Интерлейкин-1 и TNF-α являются главными провоспалительными цитокинами, повышающими экспрессию множества других хемокинов, например таких, как интерлейкины-6, -8, -18, и стимулирующими процессы ангиогенеза в эндометриоидных гетеротопиях [50]. Установлена связь между повышением уровня цитокинов, в частности интерлейкина-1 и тяжестью хронических тазовых болей при эндометриозе [7]. Однако прямое влияние интерлейкина-1 на нервные окончания и его влияние на возникновение и характер тазовых болей ассоциированных с эндометриозом еще предстоит уточнить [50]. Интерлейкин-6 совместно с интерфероном-γ участвует в стимуляции выработки различных факторов роста, а также в процессе адгезии клеток эктопического эндометрия [50]. Интерлейкин-8 является мощным хемоаттрактантом лейкоцитов, стимулятором ангиогенеза, а также потенциальным аутокринным фактором роста, способствующим пролиферации эндометриоидных стромальных клеток [50]. Таким образом, эндометриоз может считаться аутоиммунным заболеванием в связи с локальным повышением уровня некоторых провоспалительных цитокинов, а также повышенным уровнем продукции аутоантител (антиэндометриальных и т. д.) и нарушениями местного и системного клеточно-опосредованного иммунитета [50]. Тем не менее неизвестно, могут ли быть процессы воспаления в малом тазу и нарушения функции иммунной системы причиной или пусковым механизмом, способствующим росту эндометрия в эктопичных очагах за пределами матки [50]. Мелатонин, обладая выраженным антиоксидантным эффектом, способен инактивировать активные формы кислорода, повышать и стимулировать активность антиоксидантых ферментов, таких как супероксиддисмутаза и каталаза, таким образом, препятствуя образованию свободных радикалов и развитию окислительного стресса [9]. Об этом свидетельствует значимое снижение продукции активных форм кислорода, продуктов перекисного окисления липидов, в частности малонового диальдегида, повышение антиоксидантного потенциала клеток на фоне применения мелатонина [34]. Ингибирование процесса окислительного стресса ведет к угасанию воспалительной реакции и, следовательно, препятствует развитию эндометриоза. Это подтверждается регрессией эндометриоидных очагов у крыс с экспериментально моделированным эндометриозом на фоне применения мелатонина [36]. В исследовании, проведенном в 2009 году, был отмечен более выраженный регресс хирургически индуцированных эндометриоидных очагов на модели у крыс в группе, получавшей мелатонин, по сравнению с группой, в которой применялся ингибитор ароматазы третьего поколения - летрозол. Кроме того, после прекращения приема препаратов, частота рецидивов в группе, получавшей мелатонин, была статистически ниже, чем в группе, в которой применялся летрозол [43]. Некоторые исследователи [13] отмечают достоверно более высокий уровень активности циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2), обнаруживаемый в эктопических эндометриоидных очагах, по сравнению с нормальным эндометрием [13]. Уменьшение активности данного фермента является одной из терапевтических мишеней в лечении эндометриоза [37]. Мелатонин является избирательным ингибитором ЦОГ-2 (в отличие от активно применяющихся в большинстве случаев неселективных ингибиторов ЦОГ, таких как большинство НПВС), угнетает выработку простагландинов, и оказывает тем самым противовоспалительный эффект [37]. Кроме того, существуют косвенные свидетельства того, что мелатонин подавляет выработку молекул клеточной адгезии, которые способствуют прилипанию лейкоцитов к эндотелиальной клетке, тем самым препятствуя развитию местной воспалительной реакции и прогрессированию эндометриоза [35]. Мелатонин способен приводить к регрессу эндометриодных эктопических очагов, оказывая ингибирующее влияние на активность матриксных металлопротеаз, а также к запуску в эндометриоидных клетках процесса апоптоза [44, 46]. Матриксные металопротеиназы представляют собой цинк-зависимые эндопептидазы, принимающие участие в деструкции внеклеточного матрикса, обеспечении инвазии клеток эндометрия в эктопичной области, аутокринном типе регуляции апоптоза [5, 44]. Несколько металлопротеиназ, такие как матриксные металлопротезы -1, -2, -3, -7, -9 привлекают к себе особое внимание, как ключевые игроки в патогенезе эндометриоза. Особого упоминания заслуживает матриксная металлопротеаза-9 (ММП-9), чья роль в процессе инвазии эндометриодных клеток подтверждена многочисленными исследованиями [15, 32]. Другая металлопротеиназа - ММП-3 - является центральным звеном протеолитической системы, так как обладает способностью активировать другие металлопротеиназы и связана с различными патологическими процессами [44]. Роль ММП-3 в патогенезе эндометриоза изучена недостаточно, однако уже имеются данные о высокой концентрации ММП-3 и связанным с ней транскрипционным фактором AP-1 белком, а также повышение экспрессии протоонкогенного гена с-Fos на ранних этапах развития эндометриоза, в отличие от ММП-9, концентрация которой повышается на более поздних стадиях заболевания [44]. Данный факт позволяет предположить значение ММП-3 как одного из пусковых механизмов процесса инвазии эндометриоидных клеток, ремоделирования эндометриоидных очагов и активации других матриксных металлопротеиназ, таких, как например проММП-9. На фоне применения мелатонина наблюдается значимое снижение экспрессии c-Fos, снижение ДНК-связывающей активности AP-1 и уменьшение активности как ММП-9, так и ММП-3 [44]. Одновременно с этим в очагах эндометриоидных гетеротопий наблюдается увеличение экспрессии тканевого ингибитора ММП-3 (ТИММП-3), что коррелирует с уменьшением концентрации TNF-α. Согласно проведенным исследованиям [6, 11], ТИММП-3 является одним из факторов, участвующим в инициации процесса апоптоза, через классический путь активации каспазы-3, не зависимый от Fas- L-опосредованного пути [44]. Предполагается, что мелатонин оказывает свой терапевтический эффект, проявляющийся в виде регресса эндометриоидных очагов, путем усиления апоптоза через классический митохондриальный путь, что связано со снижением экспрессии антиапоптотических белков Bcl-2 и одновременным повышением экспрессии проапоптотических белков Вах и каспазы-9 [44]. Данный митохондриальный путь апоптоза в отсутствии мелатонина является недостаточным в очагах эндометриоза, что приводит к замедленной регрессии эндометриоидных очагов [44]. Проведенное в 2013 году исследование [31] показывает эффективность применения мелатонина в качестве препарата, уменьшающего интенсивность хронических тазовых болей у пациенток с эндометриозом. Мелатонин снижает выраженность болевого синдрома, способствует уменьшению дозы применяемых анальгетиков, а также улучшает качество сна [31]. Существует предположение о том, что мелатонин снижает секрецию мозгового нейротрофического фактора (НМФ) [31]. НМФ является нейромедиатором гиперальгезии и центральным сенсибилизатором спинного мозга к болевым сигналам. Известно, что концентрация данного фактора увеличивается под действием эстрогенов, что и отмечается при эндометриозе. Именно этот процесс - увеличение концентрации НМФ на фоне гиперэстрогенемии, является одним из важных звеньев патогенеза хронической тазовой боли у пациенток с НГЭ. Механизм влияния мелатонина на нейротрофический фактор не изучен, но очевидно, что он не связан с блокадой образования мелатонином простагландинов и его противовоспалительным действием. Кроме того, мелатонин снижает активность местных факторов роста нервов, что препятствует разрастанию в очаге эндометриоза С-ноцицептивных нервных волокон и также оказывает влияние на уменьшение интенсивности тазовых болей [31]. Выявлено подавление опухолевого неоангиогенеза на фоне применения мелатонина [27]. Данный эффект реализуется посредством как прямого подавления ангиогенеза под действием мелатонина, так и за счет подавления выработки тканевых факторов, инициирующих и реализующих процессы клеточной пролиферации [27]. Прямое антипролиферативное действие обусловлено повышением активности внутриклеточных белков р53 и Bax, с одновременным снижением белка Bcl-2 [17]. На фоне применения мелатонина наблюдается снижение концентрации фактора роста эндотелия сосудов - VEGF [28] как прямо, так и за счет снижения выработки фактора, индуцированного гипоксией - HIV [27]. Таким образом, обладая антиэстрогенным, противовоспалительным, антиоксидантным и анальгезирующим действиями, мелатонин может рассматриваться как один из препаратов для лечения наружного генитального эндометриоза. Дальнейшие экспериментальные и клинические исследования помогут более детально изучить механизм влияния данного гормона на развитие или регресс эндометриоидных очагов, определят показания, эффективные дозы и длительность терапии, а также ответят на вопрос об эффективности применении мелатонина в качестве патогенетически обоснованного метода лечения эндометриоза.