Варианты формирования синдрома поликистозных яичников на основании экспериментальных моделей у животных
- Авторы: Ярмолинская М.И.1,2, Абашова Е.И.1, Булгакова О.Л.3
-
Учреждения:
- Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта»
- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Северо‑Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
- ФГБНУ «Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта»
- Выпуск: Том 69, № 4 (2020)
- Страницы: 89-100
- Раздел: Обзоры
- Статья получена: 01.07.2020
- Статья одобрена: 27.09.2020
- Статья опубликована: 28.09.2020
- URL: https://journals.eco-vector.com/jowd/article/view/34903
- DOI: https://doi.org/10.17816/JOWD69489-100
- ID: 34903
Цитировать
Аннотация
Синдром поликистозных яичников — распространенная эндокринная патология, которой страдают 8–14 % женщин репродуктивного возраста. Ведущими признаками заболевания являются гиперандрогения, овуляторная дисфункция, а также поликистозная морфология яичников. В течение последних десятилетий для изучения этиологии и патогенеза синдрома поликистозных яичников были разработаны многочисленные модели на животных, которые включают химические, гормональные и генетические вмешательства. Однако экспериментальные методики различаются даже в рамках одной модели. В данном обзоре рассмотрены модели синдрома поликистозных яичников на животных с использованием как прямого гормонального воздействия, так и опосредованных методов.
Ключевые слова
Полный текст
Синдром поликистозных яичников (СПКЯ) — наиболее распространенная эндокринная патология, характеризующаяся метаболическими, эндокринными и репродуктивными нарушениями. Распространенность синдрома составляет от 8 до 14 % женщин репродуктивного возраста. В основе диагностики СПКЯ лежат Роттердамские критерии (2003) [1]:
- олиго-/ановуляция;
- гиперандрогения (клиническая и/или биохимическая);
- поликистозная морфология яичников.
Метаболические нарушения при СПКЯ проявляются инсулинорезистентностью, гиперинсулинемией, нарушением толерантности к глюкозе, избыточной массой тела и ожирением и в дальнейшем приводят к развитию сахарного диабета 2-го типа и сердечно-сосудистых заболеваний. Считают, что СПКЯ вызывает снижение фертильности.
Клинические проявления СПКЯ могут развиваться до или во время полового созревания. Известно, что у девочек с установленным СПКЯ выявлена повышенная секреция гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) и лютеинизирующего гормона (ЛГ), приводящая к преждевременной экспрессии рецепторов ЛГ в растущих фолликулах, избыточной секреции андрогенов и остановке развития самих фолликулов. Кроме того, в поликистозных яичниках за счет повышения числа преантральных и антральных фолликулов увеличивается антральный отдел яичников, повышается дегенерация клеток гранулезы и гипертрофируется окружающий слой тека-клеток [2].
Впервые СПКЯ был описан Штейном и Левенталем в 1930 г., но патогенез развития данного синдрома полностью не раскрыт по настоящее время. Существуют различные гипотезы возникновения СПКЯ, включающие гормональный дисбаланс, генетические нарушения, а также влияние образа жизни и факторов окружающей среды [3]. Основным патогенетическим механизмом развития заболевания считают гиперпродукцию и нарушение импульсной секреции ЛГ гипофизом, приводящие к овариальной гиперандрогенемии.
Механизмы сложного патогенеза СПКЯ изучают на животных моделях, отражающих эндокринные, репродуктивные и метаболические особенности синдрома. Для создания таких моделей применяют различные методики с использованием гормональных, психотропных препаратов, химических веществ, а также оценивают факторы влияния внешней среды на развитие данного заболевания.
Модели на животных с использованием андрогенов в пренатальном периоде
Считают, что андрогены могут изменить эндокринный гомеостаз и привести к развитию дисфункции яичников и метаболических нарушений. Поскольку СПКЯ проявляется гиперандрогенией, одной из целей создания экспериментальной модели было повышение уровня андрогенов у экспериментальных животных.
В 1998 г. D.H. Abbott et al. создали экспериментальную модель СПКЯ у самок макаки-резус: беременным обезьянам в разные периоды гестации в течение 15–88 дней подкожно вводили тестостерона пропионат. У потомства самок, получавших инъекции тестостерона пропионата в период беременности, развилось нарушение функции яичников с начала пубертатного периода. Полученные данные были сопоставимы с клиническими проявлениями СПКЯ: менархе и пик пубертатного роста у животных были отсрочены на 2,5–3 года. Кроме того, у данного потомства самок зарегистрированы увеличение массы тела, повышение уровней сывороточного тестостерона и ЛГ на фоне снижения уровня фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), наблюдались также морфологические изменения в яичниках в виде увеличения количества преантральных и антральных фолликулов. У большей половины пренатально андрогенизированных самок отмечена ановуляция [4].
Сходные результаты получили X.Y. Wu et al. в 2010 г., а также исследователи из Китая в 2013 г., создавшие экспериментальную модель СПКЯ на крысах линии Cпрег-Доули. В ходе эксперимента, проведенного X.Y. Wu et al., одна группа крыс получала тестостерон, другая — дигидротестостерон. Результаты эксперимента оценивали через 70 дней после родов и сравнивали с контрольной группой животных. Было выявлено, что в гипоталамусе крыс под воздействием андрогенов снижалась экспрессия мРНК рецепторов прогестерона, повышалась базальная секреция ЛГ в сочетании со сниженной базальной секрецией ФСГ в гипофизе. Выявлены также повышенные уровни свободного тестостерона и эстрадиола в сыворотке крови потомства. У животных наблюдалось увеличение количества преантральных и антральных фолликулов одновременно с уменьшением числа преовуляторных фолликулов. Авторы отметили, что данные патологические изменения были связаны с увеличением количества ановуляторных циклов у экспериментальных животных [5, 6].
В 2014 г. A.S. Caldwell et al. создали экспериментальную модель с использованием дигидротестостерона, который вводили самкам мышей в период беременности. Согласно полученным результатам у потомства андрогенизированных самок мышей определялись олиго-/ановуляция, атретичные и кистозные фолликулы на фоне неизмененных уровней тестостерона, эстрадиола и гонадотропинов, а также развивались ожирение, дислипидемия, стеатоз печени, инсулинорезистентность [7].
Исследования механизмов патогенеза СПКЯ на моделях животных с использованием андрогенов в пренатальном периоде представлены в табл. 1.
Таблица 1 / Table 1
Исследования на моделях животных с использованием андрогенов в пренатальном периоде
Studies on animal models using androgens in the prenatal period
Авторы | Животные | Количество | Препарат и длительность введения | Исследуемые позиции | Результаты |
D.H. Аbbot et al., 1998 [4] | Макаки-резус | 21 | Тестостерона пропионат, 15–88 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. ↑ ЛГ; ↓ ФСГ. 3. ↑ преантральных и антральных фолликулов |
X.Y. Wu et al., 2010 [5] | Крысы линии Спрег-Доули | 45 | Тестостерон и дигидротестостерон, 70 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. ↑ ЛГ; ↓ ФСГ. 3. ↑ преантральных и антральных фолликулов |
X. Yan et al., 2013 [6] | Крысы линии Спрег-Доули | 44 | Дигидротестостерон, 30 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. ↓ ФСГ. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
A.S. Caldwell et al., 2014 [7] | Мыши | – | Дигидротестостерон, 90 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников. 4. Метаболические нарушения | 1. =Т; =Е2*. 2. =ЛГ; =ФСГ*. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов. 4. Ожирение, дислипидемия, стеатоз печени, инсулинорезистентность |
Примечание. Т — тестостерон; Е2 — эстрадиол; ЛГ — лютеинизирующий гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон. * показатели не изменились при определении в динамике.
Модели на животных с использованием андрогенов в постнатальном периоде
В 1983 г. H. Ota et al. создали экспериментальную модель СПКЯ с использованием тестостерона пропионата, вводимого в постнатальном периоде крысам линии Вистар. Результаты оценивали через 200 дней. Согласно полученным данным в сыворотке крови андрогенизированных крыс было выявлено повышение уровня свободного тестостерона, ЛГ и ФСГ на фоне снижения секреции эстрадиола, отмечено также повышение количества кистозно измененных фолликулов [8].
Аналогичную экспериментальную модель в 2012 г. воспроизвела группа авторов во главе с V. Tyndall, но полученные ими результаты несколько отличались от результатов H. Ota 1983 г. Тестостерон пропионат вводили в течение 25–90 дней. Авторы отметили повышение уровня свободного тестостерона и эстрадиола в сыворотке крови на фоне снижения уровня ФСГ, а также увеличение количества кистозно измененных фолликулов [9].
В 2014 г. A.S. Caldwell et al. в постнатальном периоде использовали дигидроэпиандротестостерон (ДГЭА) и летрозол (нестероидный селективный ингибитор ароматазы). Исследователи показали, что после применения летрозола у животных происходили те же патологические изменения, что и при использовании дигидротестостерона в пренатальном периоде: наблюдались олиго-/ановуляция, атретичные и кистозные фолликулы, ожирение, дислипидемия, стеатоз печени, инсулинорезистентность. Однако при кратковременном применении ДГЭА овуляция и регулярные эстральные циклы сохранялись, а при более длительном применении данного препарата уменьшалось количество овуляторных циклов и развивалась инсулинорезистентность [7].
Исследования механизмов патогенеза СПКЯ на моделях животных с использованием андрогенов в постнатальном периоде представлены в табл. 2.
Таблица 2 / Table 2
Исследования на моделях животных с использованием андрогенов в постнатальном периоде
Studies on animal models using androgens in the postnatal period
Авторы | Животные | Количество | Препарат и длительность введения | Исследуемые позиции | Результаты |
H. Ota et al., 1983 [8] | Крысы линии Вистар | 55–77 | Тестостерона пропионат, 200 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↓ Е2. 2. ↑ ЛГ; ↑ ФСГ. 3. ↑ кистозно измененных фолликулов |
V. Tyndall, et al., 2012 [9] | Крысы линии Вистар | – | Тестостерона пропионат, 25–90 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. ↓ ФСГ. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
A.S. Caldwell et al., 2014 [7] | Мыши | – | Дигидротестостерон, ДГЭА, летрозол, 90 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников. 4. Метаболические нарушения | 1. =Т; =Е2*. 2. =ЛГ; =ФСГ*. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов. 4. Ожирение, дислипидемия, стеатоз печени, инсулинорезистентность |
Примечание. Т — тестостерон; Е2 — эстрадиол; ЛГ — лютеинизирующий гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон. * показатели не изменились при определении в динамике.
Модели на животных с использованием эстрогенов
Для изучения патогенеза СПКЯ были разработаны экспериментальные модели на животных с применением эстрогенов для индукции характерных признаков заболевания.
Создание моделей в постнатальном периоде
В 2012 г. G. Cruz et al. создали экспериментальную модель СПКЯ на крысах линии Спрег-Доули с использованием эстрадиола валерата, который вводили в постнатальном периоде. В ходе данного эксперимента были получены следующие результаты: зарегистрировано повышение уровня эстрадиола в сыворотке крови на фоне снижения уровня андростендиона, увеличение количества атретичных и кистозно измененных фолликулов. При этом не получено достоверных данных об изменении секреции ЛГ [10].
Кроме применения и оценки влияния гормональных препаратов в экспериментальной модели СПКЯ, ряд исследователей проанализировали эффекты гормоноподобных веществ на репродуктивную систему. В частности, M. Fernandez et al. в 2010 г. провели эксперимент по влиянию бисфенола А на гормональный фон и морфологическую структуру яичников. Бисфенол А — химическое вещество, входящее в состав поликарбоната пластмассы, эпоксидной смолы и полистирола, способное влиять на эндокринную функцию организма, является агонистом эстрадиола и антагонистом андрогенов и гормонов щитовидной железы. Была создана экспериментальная модель на крысах линии Спрег-Доули. Оказалось, что бисфенол А у крыс приводит к повышению синтеза ГнРГ, свободного тестостерона и эстрадиола на фоне снижения секреции прогестерона, а также к повышению количества атретичных и кистозно измененных (ановуляторных, с тонким слоем гранулезы и отсутствием слоя тека-клеток) фолликулов [11].
Создание моделей на животных в пубертатном периоде
Влияние эстрогенов и эстрогенподобных препаратов на появление СПКЯ-подобных признаков у экспериментальных животных оценивали не только в постнатальном, но и в пубертатном периоде. Так, A. Schulster, R. Farookhi [12] и J.R. Brawer et al. [13] крысам линии Вистар в пубертатном периоде вводили 2 мг эстрадиола валерата однократно. После введения эстрадиола валерата отмечалось повышение числа кистозно измененных и атретичных фолликулов на фоне снижения секреции эстрадиола и ЛГ. В ходе экспериментов убедительных данных за изменение секреции андрогенов не получено.
Cоздание моделей на животных в репродуктивном возрасте
Формирование СПКЯ-подобных признаков при использовании эстрогенов и эстрогенподобных препаратов у экспериментальных животных репродуктивного возраста представляет важную модель для изучения патогенеза фенотипических проявлений данного синдрома.
Экспериментальная модель на крысах линии Вистар репродуктивного возраста с использованием однократной дозы эстрадиола валерата была разработана в 1984 г. группой авторов во главе с R.К. Hemmings. Было установлено, что на фоне снижения секреции ЛГ и при отсутствии изменений в уровне андрогенов увеличивалось количество кистозно измененных фолликулов [14].
Сходную модель в 1993 г. представили L.M. Quandt et al. Однако в данной работе модель создавалась на морских свинках, которым эстрадиола валерат вводили подкожно в течение двух дней. В ходе эксперимента было отмечено повышение уровня эстрадиола в сыворотке крови, увеличение количества атретичных и кистозно измененных фолликулов. Убедительных данных за изменение уровня андрогенов в сыворотке крови также получено не было [15].
Таким образом, экспериментальные модели СПКЯ с использованием эстрадиола валерата продемонстрировали повышение количества атретичных и кистозно измененных фолликулов на фоне отсутствия изменения уровня андрогенов в сыворотке крови (результаты представлены в табл. 3).
Таблица 3 / Table 3
Исследования на моделях животных с использованием эстрадиола валерата
Studies on animal models using estradiol valerate
Авторы | Животные | Количество | Период | Препарат и длительность введения | Исследуемые позиции | Результаты |
G. Cruz et al., 2012 [10] | Крысы линии Спрег-Доули | 30 | Постнатальный | Эстрадиола валерат, разовая доза | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Е2; ↓ андростендиона. 2. =ЛГ*. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
M. Fernandez et al., 2010 [11] | Крысы линии Спрег-Доули | 30 | Постнатальный | Бисфенол А, 10 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
А. Schulster, 1984 [12] J.R. Brawer, 1986 [13] | Крысы линии Вистар | 65 50 | Пубертатный | Эстрадиола валерат, разовая доза | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↓ Е2. 2. ↓ ЛГ; ↓ ФСГ. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
R. Hemmings et al., 1983 [14] | Крысы линии Вистар | 32 | Репродуктивный | Эстрадиола валерат, разовая доза | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. =Т. 2. ↓ ЛГ. 3. ↑ кистозно измененные фолликулы |
L.M. Quandt et al., 1993 [15] | Морские свинки | 32 | Репродуктивный | 17β-Эстрадиол, 2 дня | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников | 1. ↑ Е2. 2. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
Примечание. Т — тестостерон; Е2 — эстрадиол; ЛГ — лютеинизирующий гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон. * показатели не изменились при определении в динамике
Создание моделей синдрома поликистозных яичников у животных с помощью модификации генома
Для разработки экспериментальной модели СПКЯ используют различные методики, направленные на модификацию генома у животных.
Известны исследования генетической модификации, которые выполняли на стадии эмбрионального развития у поколения трансгенных животных. Учеными были созданы две экспериментальные модели на мышах и одна экспериментальная модель на крысах.
Создание моделей в эмбриональном периоде
Впервые модель для исследования генетической модификации на стадии эмбрионального развития у самок трансгенных мышей была представлена в 1997 г. K.A. Risma. Авторы создали трансген с кодирующей областью бычьей β-субъединицы ЛГ, связанной с кодирующей последовательностью карбоксилтерминального пептида β-субъединицы хорионического гонадотропина и содержащий усеченный бычий α-субъединичный промотор (–315/+45) для направления экспрессии данного трансгена в гонадотропы. ДНК вводили в ооциты от мышей (C57BL/6×SJL) F1 и потомков, типированных методом полимеразной цепной реакции с использованием хвостовой ДНК. В ходе эксперимента у потомства мышей отмечалось повышение секреции эстрадиола, тестостерона, ЛГ в сыворотке крови, а также увеличение количества кистозно измененных фолликулов [16].
В 2007 г. J.K. Devin et al. для создания модели СПКЯ впервые использовали ингибитор плазминогена-1 (PAI-1), основной эффект которого связан с торможением активности сериновой протеиназы. Были зафиксированы повышение уровня свободного тестостерона в сыворотке крови трансгенных мышей и увеличение количества кистозно измененных фолликулов на фоне уменьшения количества овуляторных циклов [17].
Помимо исследования воздействия гормональных веществ на формирование клинических признаков СПКЯ изучали влияние метаболических нарушений на репродуктивную систему. В 2009 г. группа авторов во главе с D. Shi разработала модель СПКЯ у трансгенных крыс с ожирением, вызванным дисфункцией рецептора лептина. Были выявлены повышение секреции тестостерона без изменений уровня секреции эстрадиола, увеличение количества атретичных и кистозно измененных фолликулов [18].
Исследования механизмов патогенеза СПКЯ на моделях животных с модификацией генома представлены в табл. 4.
Таблица 4 / Table 4
Исследования на моделях животных с модификацией генома
Studies on genome-modified animal models
Авторы | Животные | Количество | Период | Препарат и длительность введения | Исследуемые позиции | Результаты |
K.A. Risma et al., 1997 [16] | Трансгенные мыши | 20 | Эмбриональный | β-Субъединица ЛГ | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. ↑ ЛГ. 3. ↑ кистозно измененных фолликулов |
J.K. Devin et al., 2007 [17] | Трансгенные мыши | 39 | Эмбриональный | PAI-1 | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников. 3. Количество овуляторных циклов | 1. ↑ Т. 2. ↑ кистозно измененных. 3. ↓ количества овуляторных циклов |
D. Shi et al., 2009 [18] | Трансгенные крысы | 18 | Эмбриональный | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников | 1. ↑ Т; =Е2*. 2. ↑ кистозно измененных фолликулов |
Примечание. Т — тестостерон; Е2 — эстрадиол; ЛГ — лютеинизирующий гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон. * показатели не изменились при определении в динамике.
Cоздание модели синдрома поликистозных яичников у животных при помощи нестероидного ингибитора ароматазы
Создание модели на животных в пубертатном периоде
Данная модель была разработана на самках крыс с помощью нестероидного ингибитора ароматазы — летрозола. Препарат вводили в трех различных дозировках (0,1; 0,5 и 1,0 мг/кг) в течение 21 дня. Отмечены повышение уровней свободного тестостерона и ЛГ на фоне снижения секреции эстрадиола; а также повышение количества кистозно измененных фолликулов [19].
Сходная модель с использованием летрозола была создана в 2013 г. на самках крыс линии Вистар. Однако в этом случае были изменены дозировка препарата — 9,0 или 18,0 мг/кг и срок введения — 90 дней. Установлено, что длительная терапия летрозолом приводит к возникновению метаболических дисфункций, например к развитию инсулинорезистентности. А как известно, инсулинорезистентность рассматривают в качестве предиктора развития СПКЯ. Помимо инсулинорезистентности были отмечены повышение массы тела, уменьшение числа овуляторных циклов, увеличение количества атретичных и кистозно измененных фолликулов, увеличение секреции ЛГ на фоне снижения секреции ФСГ аденогипофизом, повышение уровня тестостерона [28].
Создание модели на животных репродуктивного возраста
Новые данные по использованию ингибитора ароматазы летрозола в репродуктивном периоде в качестве препарата, потенцирующего развитие признаков СПКЯ, были получены в 2016 г. Результаты были схожи с результатами предыдущих исследований на крысах пубертатного периода (в табл. 5) [20].
Таблица 5 / Table 5
Исследования на моделях животных с использованием нестероидного ингибитора ароматазы
Studies in animal models using a non-steroidal aromatase inhibitor
Авторы | Животные | Количество | Период | Препарат и длительность введения | Исследуемые позиции | Результаты |
Каfali H. et al., 2004 [19] | Крысы | 34 | Пубертат | Летрозол, 21 день | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↓ Е2. 2. ↑ ЛГ. 3. ↑ кистозно измененных фолликулов |
M.M. Maliqueo et al., 2013 [28] | Крысы линии Вистар | 46 | Пубертат | Летрозол, 90 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников. 4. Инсулинорезистентность. 5. Количество овуляторных циклов | 1. ↑ Т. 2. ↑ ЛГ; ↓ ФСГ. 3. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов. 4. ↑ ИР. 5. ↓ количества овуляторных циклов |
C. Li et al., 2016 [20] | Крысы линии Вистар | 10 | Репродуктивный | Летрозол, 21 день | 1. Стероидные гормоны. 2. Гонадотропины. 3. Морфология яичников | 1. ↑ Т; ↓ Е2. 2. ↑ ЛГ; ↑ ФСГ. 3. ↑ кистозно измененных фолликулов |
Примечание. Т — тестостерон; Е2 — эстрадиол; ЛГ — лютеинизирующий гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон; ИР — инсулинорезистентность.
Cоздание модели синдрома поликистозных яичников под влиянием факторов окружающей среды
Принято считать, что в качестве предиктора развития СПКЯ могут выступать различные факторы окружающей среды (переохлаждение, свет), а также продукты с высоким гликемическим индексом.
Создание модели на животных пубертатного периода
Воздействие света на репродуктивную систему было исследовано в 2015 г. группой авторов из Китая. Исследование проводили на крысах линии Спрег-Доули, которые подвергались воздействию света в течение 112 дней. Было обнаружено повышение тестостерона в сыворотке крови исследуемых крыс, увеличение количества кистозно измененных фолликулов [23].
Создание модели на животных репродуктивного возраста
Впервые модель на крысах репродуктивного возраста для изучения влияния факторов окружающей среды была создана в 2008 г. M.P. Bernuci et al. Животных подвергали переохлаждению в течение 60 дней. В данном эксперименте продемонстрирована роль симпатической нервной системы в развитии гормонального дисбаланса. Хроническое переохлаждение приводит к активации симпатической нервной системы, что способствует повышению уровней тестостерона и эстрадиола на фоне отсутствия изменения секреции ЛГ и ФСГ, также увеличивается количество кистозно измененных фолликулов, в результате чего уменьшается количество овуляторных циклов [21].
Известно, что мелатонин способен влиять на секрецию ЛГ и тестостерона и стимулировать развитие гиперандрогении. Вполне возможно, что снижение секреции мелатонина может привести к повышению выработки ЛГ путем активации нейрона kiss1 (кисспептин 1). Kiss1 представляет собой пептид, который повышает активность клеток гипоталамуса, тем самым стимулируя выработку гонадолиберина, который, в свою очередь, влияет на секрецию гонадотропинов в аденогипофизе (ЛГ и ФСГ) [29, 30]. Впервые эффектами влияния света на репродуктивную систему заинтересовались в 90-х гг. ХХ в. В 1991 г. группа авторов во главе с S.F. Baldissera опубликовала результаты исследования влияния света на репродуктивную систему. Экспериментальная модель была создана с помощью крыс, которых подвергали воздействию света в течение 74 дней. В ходе эксперимента было отмечено увеличение количества кистозно измененных фолликулов, но достоверных данных, свидетельствующих об изменении гормонального баланса, получено не было [22].
Не меньший интерес вызывает влияние пищевого поведения на формирование фенотипических признаков СПКЯ, связанных с употреблением в пищу высококалорийных продуктов.
K.M. Volk et al. у крыс репродуктивного возраста, получавших в течение 14 нед. продукты с высоким содержанием жира и сахара, зафиксировали нерегулярные, ановуляторные менструальные циклы, значительные морфологические изменения в яичниках с повышением количества кистозно измененных фолликулов. В ходе данного исследования были выявлены повышенные уровни инсулина и общего тестостерона в сыворотке крови исследуемых крыс, а также увеличение жировой массы [26].
Однако в аналогичном исследовании, проведенном группой авторов во главе с J.S. Roberts, где самки крыс в течение 11 нед. также получали высококалорийную диету, наблюдалась гиперинсулинемия без гиперандрогенемии и морфологических изменений яичников, характерных для СПКЯ [27].
Создание модели синдрома поликистозных яичников с применением других веществ
Впервые влияние психотропных препаратов на репродуктивную систему было оценено в 2003 г. канадскими учеными, которые использовали вальпроевую кислоту для создания экспериментальной модели СПКЯ. Вальпроевая кислота — противоэпилептическое средство, также применяемое для профилактики мигренозных головных болей.
В течение 30 дней крысы линии Спрег-Доули получали вальпроевую кислоту. В результате увеличилось число атретичных и кистозно измененных фолликулов, а уровни тестостерона и эстрадиола в сыворотке крови не изменились [24].
Создание модели синдрома поликистозных яичников с использованием антимюллерова гормона в пренатальном периоде
Антимюллеров гормон (АМГ) представляет собой трансформирующий фактор роста, уровень которого характеризует овариальный резерв. Для выяснения вопроса о возможности влияния повышенного уровня АМГ при беременности на развитие СПКЯ у потомства в более позднем возрасте B. Tata et al. (2018) создали модель СПКЯ на мышах с использованием фосфатно-солевого буфера и биологически активной формы АМГ. В контрольной группе беременным мышам внутрибрюшинно вводили 0,01 М фосфатно-солевого буфера (pH 7,4), а мышам другой группы — фосфатно-солевой буфер вместе с биологически активной формой АМГ. Мыши получали препараты с 17-й по 18-й день гестации. Эксперимент показал, что у потомства мышей, которым вводили биологически активную форму АМГ, в зрелом возрасте отмечалась гиперактивация секреции ГнРГ, что способствовало повышению уровня ЛГ и, как следствие, повышению уровня тестостерона и ановуляции [25].
Исследования механизмов патогенеза СПКЯ на моделях животных с применением различных химических веществ, а также работы, в которых изучали факторы, влияющие на развитие данного заболевания, представлены в табл. 6.
Таблица 6 / Table 6
Исследования на моделях животных с использованием различных химических веществ и исследования, в которых изучали факторы, влияющие на развитие синдрома поликистозных яичников
Studies on animal models using a variety of chemicals and other factors affecting the development of polycystic ovary syndrome
Авторы | Животные | Количество | Период | Препарат и длительность введения | Исследуемые позиции | Результаты |
M.P. Bernuci et al., 2008 [21] | Крысы линии Вистар | 17 | Репродуктивный | Длительное воздействие холода, 60 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников. 3. Количество овуляторных циклов | 1. ↑ Т; ↑ Е2. 2. =ЛГ; =ФСГ*. 3. ↑ кистозно измененных фолликулов. 4. ↓ количества овуляторных циклов |
S.F. Baldissera et al., 1991 [22] | Крысы | 15 | Репродуктивный | Длительное воздействие света, 74 дня | 1. Гонадотропины. 2. Морфология яичников | 1. =ЛГ; =ФСГ*. 2. ↑ кистозно измененных фолликулов |
K.M. Volk et al., 2017 [26] | Крысы линии Спрег-Доули | 30 | Репродуктивный | Высококалорийная диета, 14 нед. | 1. Инсулин. 2. Стероидные гормоны. 3. Гонадотропины. 4. Количество овуляторных циклов. 5. Морфология яичников | 1. ↑ инсулина. 2. ↑ Т. 3. ↓ ЛГ. 4. ↓ количества овуляторных циклов. 5. ↑ кистозно измененных фолликулов |
X. Kang et al., 2015 [23] | Крысы линии Спрег-Доули | – | Пубертат | Длительное воздействие света, 112 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников | 1. ↑ Т. 2. ↑ кистозно измененных фолликулов |
D.S. Lagace et al., 2003 [24] | Крысы линии Спрег-Доули | 22 | Репродуктивный | Вальпроевая кислота, 30 дней | 1. Стероидные гормоны. 2. Морфология яичников | 1. =Т; =Е2*. 2. ↑ кистозно измененных и атретичных фолликулов |
B. Tata et al., 2018 [25] | Мыши | – | Пренатальный | АМГ и фосфатный буфер | 1. Уровень ГнРГ. 2. Гонадотропины. 3. Стероидные гормоны. 4. Количество овуляторный циклов | 1. ↑ ГнРГ. 2. ↑ ЛГ. 3. ↑ Т. 4. ↓ количества овуляторных циклов |
Примечание. Т — тестостерон; Е2 — эстрадиол; ЛГ — лютеинизирующий гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон; ГнРГ — гонадотропин-рилизинг-гормон; АМГ — антимюллеров гормон.
Заключение
Поскольку существуют этические ограничения для проведения экспериментальных исследований на людях, разрабатывают модели с участием животных в качестве фундаментальной основы для изучения новых аспектов патогенеза различных заболеваний. Помимо понимания механизмов развития патологических процессов экспериментальные модели способствуют разработке перспективных направлений таргетной терапии заболеваний. Среди преимуществ использования грызунов в экспериментальных моделях наиболее важны их стабильный генетический фон, простота в обращении и уходе, более короткий репродуктивный период и короткие жизненные циклы.
В данном обзоре проанализированы различные экспериментальные модели синдрома поликистозных яичников на животных с использованием как прямого гормонального воздействия, так и опосредованных методов. В большинстве приведенных исследований продемонстрированы изменения морфологической структуры яичников, проявляющееся увеличением количества атретичных и кистозно измененных фолликулов в сочетании с повышенным или неизменным уровнем андрогенов. Убедительные данные за гиперандрогенемию получены только на моделях с применением андрогенов и ингибиторов ароматазы. Эстроген-индуцированное вмешательство не является оптимальным в создании экспериментальных моделей синдрома поликистозных яичников вследствие отсутствия убедительных данных за изменение секреции андрогенов.
Использование трансгенных животных для создания экспериментальной модели синдрома поликистозных яичников может быть полезным и для выявления патогенетических механизмов эндокринных и репродуктивных нарушений.
Для изучения механизмов сложного патогенеза синдрома поликистозных яичников вследствие наличия нескольких фенотипов заболевания необходимы модели, которые бы учитывали эндокринные, репродуктивные и метаболические особенности синдрома.
При написании данного литературного обзора было отмечено, что формирование фенотипа синдрома поликистозных яичников зависит от того, в какой период жизни начинается воздействие потенцирующего фактора. Это может помочь в своевременной диагностике синдрома поликистозных яичников и разработке комплекса профилактических мероприятий.
Обзор подготовлен в рамках ПНИ № АААА- А20-120041390030-3.
Об авторах
Мария Игоревна Ярмолинская
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта»; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Северо‑Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Email: m.yarmolinskaya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6551-4147
SPIN-код: 3686-3605
Scopus Author ID: 7801562649
д-р мед. наук, профессор, профессор РАН, руководитель отдела гинекологии и эндокринологии, руководитель центра «Диагностика и лечение эндометриоза»; профессор кафедры акушерства и гинекологии
Россия, Санкт-ПетербургЕлена Ивановна Абашова
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта»
Email: abashova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2399-3108
SPIN-код: 2133-0310
канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела гинекологии и эндокринологии
Россия, Санкт-ПетербургОльга Леонидовна Булгакова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта»
Автор, ответственный за переписку.
Email: o.bulgakova1310@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1007-4543
ResearcherId: AAS-1434-2020
аспирант отдела гинекологии и эндокринологии
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Rotterdam ESHRE/ASRM-Sponsored PCOS Consensus Workshop Group. Revised 2003 consensus on diagnostic criteria and long-term health risks related to polycystic ovary syndrome. Fertil Steril. 2004;81(1):19-25. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2003.10.004.
- Franks S, Stark J, Hardy K. Follicle dynamics and anovulation in polycystic ovary syndrome. 2008;14(5):539. Hum Reprod Update. 2008;14(4):367-378. https://doi.org/10.1093/humupd/dmn015.
- Goodarzi MO, Dumesic DA, Chazenbalk G, Azziz R. Polycystic ovary syndrome: Etiology, pathogenesis and diagnosis. Nat Rev Endocrinol. 2011;7(4):219-231. https://doi.org/10.1038/nrendo.2010.217.
- Abbott DH, Dumesic DA, Eisner JR, et al. Insights into the development of polycystic ovary syndrome (PCOS) from studies of prenatally androgenized female rhesus monkeys. Trends Endocrinol Metab. 1998;9(2):62-67. https://doi.org/10.1016/s1043-2760(98)00019-8.
- Wu XY, Li ZL, Wu CY, et al. Endocrine traits of polycystic ovary syndrome in prenatally androgenized female Sprague-Dawley rats. Endocr J. 2010;57(3):201-209. https://doi.org/10.1507/endocrj.k09e-205.
- Yan X, Dai X, Wang J, et al. Prenatal androgen excess programs metabolic derangements in pubertal female rats. J Endocrinol. 2013;217(1):119-129. https://doi.org/10.1530/JOE-12-0577.
- Caldwell AS, Middleton LJ, Jimenez M, et al. Characterization of reproductive, metabolic, and endocrine features of polycystic ovary syndrome in female hyperandrogenic mouse models. Endocrinology. 2014;155(8):3146-3159. https://doi.org/10.1210/en.2014-1196.
- Ota H, Fukushima M, Maki M. Endocrinological and histological aspects of the process of polycystic ovary formation in the rat treated with testosterone propionate. Tohoku J Exp Med. 1983;140(2):121-131. https://doi.org/10.1620/tjem.140.121.
- Tyndall V, Broyde M, Sharpe R, et al. Effect of androgen treatment during foetal and/or neonatal life on ovarian function in prepubertal and adult rats. Reproduction. 2012;143(1):21-33. https://doi.org/10.1530/REP-11-0239.
- Cruz G, Barra R, González D, et al. Temporal window in which exposure to estradiol permanently modifies ovarian function causing polycystic ovary morphology in rats. Fertil Steril. 2012;98(5):1283-1290. https://doi.org/10.1016/ j.fertnstert.2012.07.1060.
- Fernández M, Bourguignon N, Lux-Lantos V, Libertun C. Neonatal exposure to bisphenol A and reproductive and endocrine alterations resembling the polycystic ovarian syndrome in adult rats. Environ Health Perspect. 2010;118(9):1217-1222. https://doi.org/10.1289/ehp.0901257.
- Schulster A, Farookhi R, Brawer JR. Polycystic ovarian condition in estradiol valerate-treated rats: Spontaneous changes in characteristic endocrine features. Biol Reprod. 1984;31(3):587-593. https://doi.org/10.1095/biolreprod31.3.587.
- Brawer JR, Munoz M, Farookhi R. Development of the polycystic ovarian condition (PCO) in the estradiol valerate-treated rat. Biol Reprod. 1986;35(3):647-655. https://doi.org/10.1095/biolreprod35.3.647.
- Hemmings R, Farookhi R, Brawer JR. Pituitary and ovarian responses to luteinizing hormone releasing hormone in a rat with polycystic ovaries. Biol Reprod. 1983;29(1):239-248. https://doi.org/10.1095/biolreprod29.1.239.
- Quandt LM, Hutz RJ. Induction by estradiol-17 beta of polycystic ovaries in the guinea pig. Biol Reprod. 1993;48(5):1088-1094. https://doi.org/10.1095/biolreprod48.5.1088.
- Risma KA, Hirshfield AN, Nilson JH. Elevated luteinizing hormone in prepubertal transgenic mice causes hyperandrogenemia, precocious puberty, and substantial ovarian pathology. Endocrinology. 1997;138(8):3540-3547. https://doi.org/10.1210/endo.138.8.5313.
- Devin JK, Johnson JE, Eren M, et al. Transgenic overexpression of plasminogen activator inhibitor-1 promotes the development of polycystic ovarian changes in female mice. J Mol Endocrinol. 2007;39(1):9-16. https://doi.org/10.1677/JME-06-0057.
- Shi D, Dyck MK, Uwiera RR, et al. A unique rodent model of cardiometabolic risk associated with the metabolic syndrome and polycystic ovary syndrome. Endocrinology. 2009;150(9):4425-4436. https://doi.org/10.1210/en.2008-1612.
- Kafali H, Iriadam M, Ozardali I, Demir N. Letrozole-induced polycystic ovaries in the rat: A new model for cystic ovarian disease. Arch Med Res. 2004;35(2):103-108. https://doi.org/10.1016/j.arcmed.2003.10.005.
- Li C, Chen L, Zhao Y, et al. Altered expression of miRNAs in the uterus from a letrozole-induced rat PCOS model. Gene. 2017;598:20-26. https://doi.org/10.1016/j.gene.2016. 10.033.
- Bernuci MP, Szawka RE, Helena CV, et al. Locus coeruleus mediates cold stress-induced polycystic ovary in rats. Endocrinology. 2008;149(6):2907-2916. https://doi.org/10.1210/en.2007-1254.
- Baldissera SF, Motta LD, Almeida MC, Antunes-Rodrigues J. Proposal of an experimental model for the study of polycystic ovaries. Braz J Med Biol Res. 1991;24(7):747-751.
- Kang X, Jia L, Shen X. Manifestation of hyperandrogenism in the continuous light exposure-induced PCOS rat model. Biomed Res Int. 2015;2015:943694. https://doi.org/10.1155/2015/943694.
- Lagace DC, Nachtigal MW. Valproic acid fails to induce polycystic ovary syndrome in female rats. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2003;27(4):587-594. https://doi.org/10.1016/S0278-5846(03)00045-9.
- Tata B, Mimouni NE, Barbotin AL, et al. Elevated prenatal anti-Müllerian hormone reprograms the fetus and induces polycystic ovary syndrome in adulthood. Nat Med. 2018;24(6):834-846. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0035-5.
- Volk KM, Pogrebna VV, Roberts JA, et al. High-Fat, High-Sugar diet disrupts the preovulatory hormone surge and induces cystic ovaries in cycling female rats. J Endocr Soc. 2017;1(12):1488-1505. https://doi.org/10.1210/js. 2017-00305.
- Roberts JS, Perets RA, Sarfert KS, et al. High-fat high-sugar diet induces polycystic ovary syndrome in a rodent model. Biol Reprod. 2017;96(3):551-562. https://doi.org/10.1095/biolreprod.116.142786.
- Maliqueo M, Sun M, Johansson J, et al. Continuous administration of a P450 aromatase inhibitor induces polycystic ovary syndrome with a metabolic and endocrine phenotype in female rats at adult age. Endocrinology. 2013;154(1):434-445. https://doi.org/10.1210/en.2012-1693.
- Ansel L, Bolborea M, Bentsen AH, et al. Differential regulation of kiss1 expression by melatonin and gonadal hormones in male and female Syrian hamsters. J Biol Rhythms. 2010;25(2):81-91. https://doi.org/10.1177/0748 730410361918.
- Vanecek J. Inhibitory effect of melatonin on GnRH-induced LH release. Rev Reprod. 1999;4(2):67-72. https://doi.org/10.1530/ror.0.0040067.