Prospects of metformin in the treatment of endometriosis

Full Text

Согласно классическому определению эндометриоз — хроническое, прогрессирующее, рецидивирующее, гормонозависимое заболевание, характеризующееся разрастанием ткани, подобной эндометрию, вне полости матки [1].

Определение истинной распространенности эндометриоза в популяции затруднено в связи с разнообразием его симптомов и отсутствием неинвазивных методов достоверной диагностики. По литературным данным [2, 3], это значение варьирует в диапазоне от 4 до 12 %. Статистические исследования показывают, что частота бесплодия у женщин с лапароскопически подтвержденным эндометриозом превышает популяционную в два раза [4] и составляет, по разным источникам [2], от 30 до 50 %. До сих пор не существует схем, гарантирующих полное излечение эндометриоза. Рутинная медикаментозная терапия позволяет уменьшить болевой синдром, улучшить качество жизни женщин и в ряде случаев реализовать репродуктивные планы. Однако рецидивирующий эндометриоз остается серьезной нерешенной проблемой современной гинекологии. По данным разных авторов, частота рецидивов в течение 5 лет после проведенной операции составляет от 20 [5] до 43,5 % [6]. Хронический рецидивирующий характер эндометриоза и невозможность удаления микроскопических эндометриоидных гетеротопий во время операции обусловливают необходимость дополнения оперативного вмешательства гормональной терапией. Представленные в настоящий момент лекарственные средства специфической терапии эндометриоза обладают серьезными нежелательными побочными эффектами. Агонисты гонадотропин-рилизинг-гормона вызывают вазомоторные нарушения, в ряде случаев серьезно ухудшающие качество жизни пациенток. Терапия прогестагенами (диеногест, медроксипрогестерон) может приводить к нерегулярным маточным кровотечениям и набору веса. Обе группы препаратов вызывают снижение минеральной плотности костной ткани. Антигонадотропины обладают выраженными андрогенными и гепатотоксическими эффектами, а также могут приводить к нарушениям менструального цикла. Помимо этого, все перечисленные препараты относятся к категории X по классификации FDA и несовместимы с планированием беременности, что в совокупности с вышеуказанными побочными эффектами делает невозможным их длительное применение в случае заинтересованности пациентки в реализации репродуктивной функции.

Наличие серьезных недостатков у существующих лекарственных препаратов объясняет необходимость разработки новых схем терапии. В последние годы внимание исследователей привлекает сахароснижающий препарат из класса бигуанидов — метформин. Он является одним из старшейших и наиболее назначаемых медикаментов в мире: более 120 миллионов рецептов выписываются на него ежегодно [7].

Основным показанием для применения метформина является сахарный диабет 2-го типа. Помимо этого, препарат используют для лечения некоторых метаболических расстройств, сопровождающихся инсулинорезистентностью. Также к метформину прибегают в комплексной терапии синдрома поликистозных яичников (СПЯ) — одного из распространенных гинекологических заболеваний.

Впервые метформин был описан в научной литературе в 1922 году Эмилем Вернером и Джеймсом Беллом как продукт в синтезе N, N-диметилгуанидина. В 1929 году его изучение продолжили Слотта и Чеше, которые в эксперименте на кроликах продемонстрировали гипогликемический эффект метформина, отметив, что он был самым сильным среди изучаемых бигуанидов [8]. В больнице Сальпетриер французский диабетолог Жан Стерн изучал сахароснижающие свойства галегина (алкалоид, выделенный из козлятника аптечного), структурно связанного с метформином, и наблюдал за краткосрочным его использованием в качестве антидиабетического средства до того, как были разработаны синталины. Позднее, работая в лабораториях Aron в Париже, он повторно исследовал сахароснижающую активность метформина. Стерн был первым, кто попытался применить метформин для лечения сахарного диабета у человека; он предложил название «Глюкофаг» (англ. Glucophage — «пожиратель глюкозы») для этого препарата и опубликовал свои результаты в 1957 году [9].

Молекулярные механизмы, лежащие в основе действия метформина, остаются предметом многочисленных дискуссий, однако активация фермента АМФ-активированной протеинкиназы (АМФК), ключевого фермента энергетического гомеостаза, играет решающую роль в этом процессе. Действительно, метформин-опосредованная активация АМФК приводит к модуляции мишеней, которые способствуют восстановлению энергетического гомеостаза путем увеличения поглощения глюкозы в скелетных мышцах и подавления глюконеогенеза в печени.

Помимо этого, за время применения препарата были накоплены новые эпидемиологические и экспериментальные данные, дающие основания для расширения показаний к его применению. Когортные исследования среди больных сахарным диабетом второго типа показали, что пациенты с диабетом, получавшие метформин, имели значительно меньший риск развития рака по сравнению с пациентами, получавшими иную противодиабетическую терапию [10, 11].

Эти данные явились основанием для углубленного исследования роли метаболизма в появлении и прогрессировании рака. Известно, что раковые клетки используют глюкозу для гликолитического АТФ-производства и синтеза макромолекулы [12], в то время как механизм воздействия метформина реализуется через прямую модуляцию хранителей метаболического гомеостаза, таких как АМФК. В результате в клетке снижается уровень гликолиза и поглощение глюкозы, происходит имитация голодания, что способствует апоптозу опухолевых клеток.

Кроме того, в условиях комбинированной терапии метформином вместе с различными химиотерапевтическими агентами, такими как карбоплатин, цисплатин, доксорубицин и паклитаксел, было показано увеличение эффективности последних за счет повышения цитотоксичности [13].

На основе молекулярных и ретроспективных эпидемиологических данных были запланированы многочисленные исследования для использования метформина не только в качестве противоопухолевого агента у пациентов с установленным раком, но и в качестве химиопрофилактического агента в предотвращении образования опухоли [14].

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод о наличии у метформина антипролиферативного эффекта. Это предположение находит свое подтверждение в исследовании in vitro на клеточной линии стромальных клеток эндометрия, в котором были показаны дозозависимые эффекты метформина. Применение препарата в концентрации 10–4М вызывало децидуализацию клеток, увеличение концентрации до 10–3М сопровождалось подавлением клеточной пролиферации [15].

Антипролиферативное действие метформина, вероятно, связано с инсулинопосредованным и инсулиннезависимым механизмами. Эффект снижения метформином уровня инсулина обусловлен наличием у последнего анаболического и пролиферативного эффектов. Известно, что опухолевые клетки часто экспрессируют большое количество рецепторов инсулина [16]. Инсулиннезависимый эффект метформина связан с активацией АМФ-активируемой протеинкиназы, которая блокирует сигнальный путь протеинкиназы mTOR (mammalian target of rapamicin, мишень рапамицина), регулирующий пролиферацию клеток многих опухолей [17].

Эффект подавления клеточной пролиферации позволяет рассматривать метформин в качестве перспективного препарата для лечения доброкачественных гиперпластических процессов. В 2014 году A.D. Tabrizi et al. провели клиническое исследование, сравнивающее влияние метформина и прогестагенов. В исследование вошли 43 пациентки, которые имели гистологический диагноз «измененный пролиферативный эндометрий» или «простая гиперплазия эндометрия». Пациенток рандомизированным образом разделили на две группы: первая группа принимала метформин в дозе 1000 мг ежедневно; вторая — мегестрол в дозе 40 мг ежедневно. Через 3 месяца пациенткам из обеих групп повторили биопсию эндометрия для оценки результатов лечения. Результаты работы показали, что использование метформина (так же как и мегестрола) может быть эффективным в лечении пациенток с доброкачественными пролиферативными нарушениями эндометрия, эффективность терапии в группе метформина составила 96 %. По мнению исследователей, наиболее вероятный механизм антипролиферативного эффекта метформина заключается в увеличении активности АМФК посредством печеночной киназы B1, которая приводит к снижению уровня клеточной энергии для опухолевой пролиферации [18]. Эти данные подтверждаются исследованием 2016 года, проведенным по аналогичному дизайну, эффективность терапии метформином при этом составила 81,8 % и превысила эффективность мегестрола (60 %) [19].

В исследовании эффективности метформина в терапии на экспериментальной модели эндометриальной гиперплазии у мышей было получено снижение плотности эндометриальных желез и высоты эпителиальных клеток. Предположительно антипролиферативное действие метформина на эндометрий мышей связано с ингибированием mTOR-опосредованной активации S6K1 (рибосомальная протеинкиназа S6) [20]. Изучение метформина в модели эндометриальной гиперплазии у крыс показало одинаковую эффективность метформина и прогестерона [21].

В настоящее время идет работа над систематическим обзором для определения эффективности и безопасности применения метформина при лечении женщин с гиперплазией эндометрия [22].

Важнейшим фактором прогрессирования гиперпластических заболеваний органов женской половой системы (в том числе эндометриоза) признана системная или локальная абсолютная и относительная гиперэстрогенемия. Эстрогены являются своеобразным «топливом» для роста эутопического и эктопического эндометрия, а изменения в системе рецепторов этих гормонов напрямую связаны с риском развития заболевания [23].

В многочисленных работах подчеркивается роль уровня эстрадиола (Е2) в патогенезе эндометриоза [24–27]. Известно, что концентрация эстрадиола в перитонеальной жидкости у больных эндометриозом достоверно выше по сравнению со здоровыми женщинами [28], а его уровень в эндометриоидных гетеротопиях значительно превышает аналогичные показатели в эутопическом эндометрии здоровых женщин [25, 27]. У больных эндометриозом репродуктивного возраста существуют несколько механизмов синтеза эстрадиола [23]. Очевидно, что большая часть эстрадиола производится яичниками в циклическом режиме. Эстрадиол секретируется преовуляторными фолликулами под воздействием фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), который связывается с G-белками рецепторов в мембране клеток гранулезы; активация рецептора приводит к увеличению внутриклеточной продукции циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который усиливает связывание двух факторов транскрипции, стероидогенного фактора-1 и цАМФ элементсвязывающего белка (CREB) с промотором гена ароматазы. Таким образом, эстрадиол достигает эндометриоидных очагов с током крови. Кроме того, в момент овуляции происходит локальный выброс фолликулярной жидкости с высоким содержанием эстрадиола непосредственно на эндометриоидные импланты. Известны несколько факторов, лимитирующих скорость биосинтеза E2. В то время как нормальный эндометрий не продуцирует E2, стромальные клетки эндометриоидных гетеротопий экспрессируют полный ферментативный каскад, необходимый для синтеза Е2 из холестерина [29]. Несмотря на то что проведенный в 2017 году метаанализ показал отрицательную корреляцию между ИМТ и риском развития эндометриоза [30], липидный профиль в группе больных эндометриозом характеризуется негативными изменениями [31, 32]. Согласно полученным данным уровень общего холестерина выше на 20 %, а уровень липопротеидов низкой плотности — на 30 % по сравнению с аналогичными показателями в контрольной группе [33]. Поступление холестерина в митохондрии контролируется острым стероидогенным регуляторным белком (StAR), уровень которого в стромальных клетках эндометриоидных гетеротопий повышен в 264 раза по сравнению с его уровнем в эутопическом эндометрии. При этом описано тормозящее влияние метформина на продукцию этого белка, регулирующего биосинтез эстрогенов [34, 35]. Исследования показывают, что метформин вызывает улучшение показателей жирового обмена: снижение концентрации общего холестерина и холестерина липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), вероятно, за счет уменьшения биосинтеза липидов в кишечнике и печени. Причем этот эффект характерен не только для больных сахарным диабетом и/или ожирением.

В ряде исследований показано, что эндометриоидные гетеротопии значительно отличаются по уровню экспрессии эстрогеновых рецепторов от эутопического эндометрия, с преобладанием β-подтипа рецепторов [27, 36]. Гиперэкспрессия эстрогеновых рецепторов β подавляет апоптоз, повышает адгезию и пролиферацию клеток эндометрия, способствуя прогрессированию эндометриоза [37, 38].

Причина вышеописанных изменений заключается в недостаточном метилировании промотора гена, который кодирует синтез эстрогеновых рецепторов (ER) β-подтипа и приводит к патологической сверхэкспрессии ERβ в эндометриоидных гетеротопиях [39].

В одной из работ было показано, что длительное применение метформина у больных раком эндометрия в сочетании с сахарным диабетом 2-го типа приводило к уменьшению экспрессии эстрогеновых рецепторов по сравнению с группой больных, получавших инсулин в качестве гипогликемической терапии [40].

Подавление экспрессии ERα и уменьшение эстрадиол-опосредованной индукции рецепторов прогестерона в клетках эндометриоидных гетеротопий приводит к возникновению феномена «прогестеронорезистентности», что подтверждается данными отечественной и зарубежной литературы [41, 42]. В большинстве исследований, обобщенных R. Shao et al. в 2014 году, также продемонстрировано снижение количества прогестероновых рецепторов в эндометриоидных гетеротопиях по сравнению с их количеством в эндометрии здоровых женщин [43]. Кроме того, транскрипция и трансляция белка mTOR, ингибирующего экспрессию прогестероновых рецепторов в клетках карциномы эндометрия, подавляются при активации АМФК, вызываемой метформином [44].

В норме эффекты прогестерона в эндометрии характеризуются угнетением эстроген-зависимой пролиферации эпителиальных клеток, секреторным созреванием желез, а также децидуальной трансформацией стромальных клеток. Кроме того, прогестерон индуцирует изменения в эндометрии, необходимые для имплантации эмбриона. Поэтому «прогестеронорезистентность», наблюдающаяся при эндометриозе, может нарушать экспрессию индуцируемых прогестероном белков, принципиальных для имплантации и рецептивности эндометрия, таких как пролактин для децидуальной трансформации эндометрия [45] и гликоделин для имплантации эмбриона [46], что также может приводить к бесплодию, ассоциированному с заболеванием. Установлено, что под воздействием метформина в клетках карциномы эндометрия повышается количество рецепторов к прогестерону [47].

Повышение локального содержания эстрогенов у больных эндометриозом обусловлено ферментами, участвующими в биосинтезе эстрогенов, а именно 17β-гидроксистероиддегидрогеназой и ароматазой. При эндометриозе ароматазная активность антральных фолликулов повышена по сравнению с ароматазной активностью антральных фолликулов здоровых женщин [48].

Известно, что уровень инсулиноподобного фактора роста – 1 в перитонеальной жидкости женщин, больных эндометриозом, повышен в 1,5–2 раза по сравнению с аналогичными показателями группы контроля [29, 49, 50]. Через сигнальный путь фосфоинозитид-3-киназа/протеинкиназа В ИФР-1 стимулирует экспрессию эстрогеновых рецепторов – β и ароматазы, играющих ключевую роль в патогенезе эндометриоза [47]. Исследования, проведенные V. De Leo et al., показали, что применение метформина повышает уровень белка, связывающего инсулиноподобный фактор роста – 1, и снижает отношение инсулиноподобный фактор роста – 1/белок, связывающий инсулиноподобный фактор роста – 1 [51].

Многочисленные исследования с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) и иммуногистохимии показали, что ароматаза P450 экспрессируется как в эутопическом эндометрии, так и в эндометриоидных гетеротопиях, в то время как этот фермент не обнаруживается в эндометрии здоровых женщин и в ткани брюшины [52–55]. Экспрессия ароматазы P450 в эндометриоидных гетеротопиях регулируется ядерным рецептором стероидогенным фактором – 1 (СФ-1), который практически отсутствует в нормальном эндометрии [35]. Метформин активирует сигнальный путь ERK (extracellular signal-regulated kinase), через который блокируется активация экзонов P1.3/II и P1.4, ответственных за экспрессию микроРНК овариальной ароматазы [56].

Эндометриоз рассматривается как хроническая эстрогензависимая воспалительная реакция. Согласно одной из теорий развития заболевания, забрасываемые во время менструальной реакции фрагменты эндометрия, вызывают воспаление в брюшной полости [57]. В ответ на присутствие этих фрагментов «стражи» иммунной системы, такие как нейтрофилы и макрофаги, направляются в очаг воспаления. Действительно, концентрация макрофагов увеличивается в перитонеальной жидкости женщин с эндометриозом, и они являются основными источниками провоспалительных и хемотактильных цитокинов, найденных в перитонеальной жидкости этих пациенток [58, 59]. Макрофаги также являются основным источником ангиогенных медиаторов, таких как TNF-α и интерлейкин (ИЛ-8) [60]. Васкулоэндотелиальный фактор роста, синтезируемый макрофагами, регулирует ангиогенез, индуцированный гипоксией [61]. В эксперименте [62] на мышах линии BALB/c в популяции, лишенной макрофагов, эндометриоидные очаги были меньше по размеру по сравнению с контрольными мышами, а их васкуляризация была значительно менее развита, что указывает на роль макрофагов в процессе роста и развития кровеносных сосудов. Однако исследование показало, что даже полная элиминация макрофагов не предотвращает имплантацию клеток эндометрия на брюшину, что предполагает наличие нескольких различных патогенетических механизмов этого процесса. Продолжая рассмотрение влияния клеточного иммунитета, было высказано предположение о важности роли нейтрофилов в патогенезе эндометриоза. При взаимодействии нейтрофилов здоровых женщин с плазмой или перитонеальной жидкостью больных эндометриозом происходит снижение скорости апоптоза клеток по сравнению с аналогичным показателем в контрольной группе, что указывает на потенциальное существование антиапоптотических факторов у больных эндометриозом [63]. ИЛ-8, концентрация которого достоверно повышена в перитонеальной жидкости больных эндометриозом, рассматривается как один из потенциальных факторов развития эндометриоза [58].

Хорошо изучена его роль в качестве провоспалительного цитокина и фактора хемотаксиса нейтрофилов. Однако парентеральное или интраперитонеальное введение антиинтерлейкин-8-антител больным эндометриозом не дало значимых изменений показателей скорости апоптоза нейтрофилов, что позволяет предположить наличие иных факторов, влияющих на этот процесс [64].

В последнее время появились работы, демонстрирующие влияние метформина на Т-клетки, являющиеся центральным звеном в иммунологическом надзоре. Экспериментальное исследование M. Zarrouk et al. (2014) показало, что метформин реализует противовоспалительный эффект путем торможения пролиферации Т-клеток [65]. Он подавляет Т-клеточные ответы, блокируя ключевые метаболические изменения, вызванные взаимодействием антигена с Т-клеточным рецептором. Также в работе D. Zhang et al. (2015) установлено торможение метформином активности клеток линии Т-хелперов-1 (клетки моноцитоподобной линии), их воспалительный ответ подавляется путем ингибирования пролиферации и индукции апоптоза этих клеток [66].

В последние десятилетия идет активный поиск новых возможностей лекарственной терапии эндометриоза. Как уже обсуждалось, некоторые из предложенных препаратов обладают довольно серьезными побочными эффектами или относительно небольшим опытом применения.

Так как метформин широко используется во всем мире с 1957 года, это позволяет оценить его побочные эффекты, в том числе при долговременной терапии, и сделать вывод об относительной безопасности его длительного применения.

Исходя из описанных выше механизмов действия метформина на процессы стероидогенеза, воспаления и пролиферации, которые играют существенную роль в патогенезе эндометриоза, можно предположить, что метформин является перспективным препаратом в патогенетическом лечении эндометриоза. Исследования его возможностей проводятся как in vitro, так и in vivo с использованием экспериментальных моделей эндометриоза.

В 2010 году на экспериментальной модели эндометриоза на крысах было показано уменьшение размера эндометриоидных гетеротопий под воздействием метформина. Эффективность такой терапии была аналогична эффективности ингибитора ароматазы — летрозола [67]. Аналогичное исследование, проведенное B. Yilmaz et al., показало, что метформин значительно уменьшает размер экспериментально индуцированных эндометриоидных имплантатов у крыс путем снижения уровня васкулоэндотелиального фактора роста и матриксной металопротеиназы-9 на фоне увеличения уровня супероксиддисмутазы и тканевого ингибитора матриксной металопротеиназы-2 [68].

В настоящее время опубликованы два исследования эффективности терапии метформином in vivo. В работе, выполненной в 2011 году в Египте, было показано уменьшение уровней ИЛ-6, ИЛ-8 и васкулоэндотелиального фактора роста в сыворотке крови больных эндометриозом на фоне 6-месячной терапии метформином по сравнению с аналогичными показателями в контрольной группе. Эти изменения сопровождались уменьшением болевого синдрома и увеличением частоты наступления беременности [69]. В исследовании, опубликованном в 2016 году, было продемонстрировано, что применение метформина в течение 3 месяцев достоверно уменьшает выраженность болевого синдрома и уровень ИЛ-8 в периферической крови у больных эндометриозом по сравнению с показателями контрольной группы [70].

Таким образом, прямое и/или опосредованное влияние метформина на гормональные, иммунологические и эпигенетические факторы, принимающие участие в развитии эндометриоза, может быть перспективным в терапии заболевания. Очевидна необходимость проведения дополнительных исследований воздействия этого препарата на клинические проявления эндометриоза, репродуктивную функцию для патогенетического обоснования его применения.

About the authors

Margarita S Florova

FSBSI “The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott”

Author for correspondence.
Email: fm.sergeevna@gmail.com

postgraduate student

Russian Federation, Saint Petersburg, Russia

Mariya I Yarmolinskaya

FSBSI “The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott”

Email: m.yarmolinskaya@gmail.com

professor of Russian Academy of Sciences, leading research assistant of department of endocrinology of reproduction, Doctor of medical sciences, head of center “Diagnostics and treatment of endometriosis”

Russian Federation, Saint Petersburg, Russia

Vladimir V Potin

FSBSI “The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott”

Email: iagmail@ott.ru

MD, PhD, Honoured figure, professor, Head of Department of Endocrinology

Russian Federation, Saint Petersburg, Russia

References

Supplementary files