Steroidní metabolom a vícečetné těhotenství

Souhrn

V závislosti na místě jejich aktivity mohou být steroidy rozděleny do dvou skupin – intracelulární a extracelulární. Intracelulární působí jako transkripční faktory, potlačují nebo aktivují expresi genů – mají tzv. genomový efekt, a proto je jejich nástup účinku pomalý. Steroidy působící extracelulárně (negenomový účinek) se vážou na neurotransmiterové receptory umístěné na cytoplazmatické buněčné membráně, a ovlivňují tak propustnost iontových kanálů, přičemž jejich účinek je mnohem rychlejší a označujeme je jako neuroaktivní steroidy či neurosteroidy. Zatímco neuroaktivní steroidy mohou být produkovány v různých tkáních organizmu nebo mohou být aplikovány zvnějšku, neurosteroidy jsou syntetizovány v buňkách nervového systému. Některé neuroaktivní steroidy, jejichž hladiny jsou v těhotenství extrémně zvýšeny (progesteron a jeho metabolity), mají zásadní význam ve stabilizaci těhotenství a změny jejich koncentrace mohou ovlivňovat mechanizmus začátku porodu. Poruchy steroidogeneze se mohou podílet na vzniku celé řady těhotenských patologií, jako jsou předčasný porod, preeklampsie, intrahepatální cholestáza v těhotenství apod. Náš výzkum ve spolupráci s Oddělením steroidů a proteofaktorů Endokrinologického ústavu v Praze se zaměřuje také na zkoumání vícečetných těhotenství z hlediska bio syntézy, transportu a účinku steroidů. Dosavadní studie dostupné v literatuře zatím neposkytly ucelenou analýzu steroidomu u dětí a matek u vícečetného těhotenství. Cílem našeho výzkumu je proto objasnit vztahy mezi plody a matkou a mezi plody vzájemně z hlediska syntézy a transportu steroidů i z hlediska fyziologie a patofyziologie lidského těhotenství a porodu.

Klíčová slova:

steroidní metabolom – neuroaktivní steroidy – těhotenské komplikace – vícečetné těhotenství

Úvod

Biosyntéza steroidních hormonů probíhá ve tkáních nadledvin, gonád, mozku, jater a v placentě.

Prekurzorem pro jejich syntézu je cholesterol a jeho sulfát. Zjednodušené schéma syntézy steroidů popisuje schéma 1 [1]. Souhrn všech metabolitů steroidů označujeme jako steroidní metabolom či zkráceně steroidom.

Mechanizmus účinku steroidů je trojí:

1. Genomový „klasický“ – po vazbě na intracelulární receptory nebo přímo na DNA. Působí jako transkripční faktory, aktivují nebo potlačují expresi genů. Výsledkem je syntéza bílkovin. Efekt se projeví obvykle až za několik hodin nebo dní.

2. Negenomový – steroidy se vážou na neurotransmiterové receptory (iontové kanály) lokalizované na cytoplazmatické membráně, a tím ovlivňují neuronální excitabilitu. Nástup účinku je velmi rychlý, projevuje se za řádově sekundy až milisekundy. Negenomovým účinkem působí tzv. neuroaktivní steroidy vč. neurosteroidů (ty jsou syn tetizovány v nervovém systému).

3. V mozku ně kte ré steroidy, a to jak neurosteroidy pronikající do mozku z cirkulace přes hematoencefalickou bariéru, tak neurosteroidy v mozku syntetizované, působí negenomovým účinkem vazbou na membránové receptory [2,3].

Neurosteroidy jsou steroidní hormony syntetizované ve tkáních nervového systému. Neuroaktivní steroidy jsou všechny steroidy s neuroaktivním účinkem bez ohledu na místo jejich syntézy.

Z neuroaktivních steroidů mají v těhotenství zejména význam progesteron a řada jeho metabolitů (tzv. neuroaktivní steroidy pregnanového typu) – allopregnanolon, isopregnanolon, pregnanolon a epipregnanolon. Do skupiny neuroaktivních steroidů mohou patřit estrogeny, které vedle toho působí i genomově, část nadledvinových androgenů, zatímco kortikosteroidy působí pouze genomově.

Neuroaktivní steroidy se vážou na receptory typu A kyseliny γ-aminomáselné (GABAA-r) a N-methyl-D-aspartátové receptory (NMDA-r). Vazbou na GABAA-r se uvolňují chloridové kanály, zatímco vazbou na NDMA-r kanály kalciové. Kromě centrálního nervového systému (CNS – central nervous system) se receptory pro neuroaktivní steroidy nacházejí také na děloze, čímž se např. vysvětluje možnost ovlivnění děložní kontraktility [4].

V průběhu těhotenství je endokrinní aktivita fetoplacentární jednotky velmi vysoká. U plodu je primárním místem syntézy neuroaktivních steroidů tzv. fetální zóna fetální nadledviny. Aktivita této zóny je stimulována produkcí placentárního kortikotropního hormonu (CRH – corticotropic-releasing hormone). Vzhledem k absenci ně kterých enzymů v placentě nebo naopak u plodu je nutný transport hormonů a jejich prekurzorů v rámci fetoplacentární jednotky. Cílem je syntéza dostatečného množství steroidních hormonů pro vývoj plodu [5].

V rámci našich předchozích studií bylo navrženo schéma steroidogeneze v těhotenství (schéma 2) [6].

Analýza steroidomu

Ke stanovení se kromě rutinních imunoanalytických metod využívají metody chromatografické, jako je plynová chromatografie s hmotnostní detekcí [7] či kapalinová chromatografie s tandemovou hmotnostní detekcí. Podle ně kterých autorů je tato metoda vhodnější ke stanovení metabolitů kortikosteroidů [8,9]. Existují i studie, které využívají tuto metodu k analýze steroidního metabolomu u fertilních nebo těhotných žen [10,11].

Pro komplexní kvantifikaci steroidomu u těhotných žen a plodů byly také vyvinuty metody plynové chromatografie s tandemovou hmotnostní detekcí. Tyto metody nabízejí možnost simultánní kvantifikace až 100 endogenních steroidů. Kromě analýzy steroidomu v pupečníkové krvi byl tento postup nedávno validován i pro analýzu v krvi těhotných žen a dále v krvi netěhotných žen v obou fázích menstruačního cyklu a v krvi mužů [12].

Klinický význam stanovení a studia steroidního metabolomu

Do syntézy a metabolizmu steroidů je zapojená celá řada enzymů a poruchy jejich funkce mohou vést ke vzniku komplikací v těhotenství i mimo něj.

Neuroaktivní steroidy jsou významným faktorem v udržení stability fetoplacentární jednotky. Bylo prokázáno, že změny v koncentraci metabolitů úzce souvisí s časováním porodu [13]. Práce našeho týmu porovnávaly steroidní metabolom u žen, které porodily spontánně, se ženami, které rodily císařským řezem [14].

Důležitým proteohormonem, který se podílí na časování nástupu porodu a je v těhotenství produkován převážně placentou, je CRH. Jeho působení na fetoplacentární jednotku se ukazuje být jedním z klíčových kroků ovlivňujících trvání těhotenství a bývá ně kte rými autory označován jako tzv. placental clock. Je zajímavé, že jeho hladiny jsou nejvyšší těsně před nástupem porodu. Dle někte rých studií jsou hladiny CRH v době nástupu porodu až desettisíckrát vyšší v porovnání s hladinami na počátku těhotenství [15–17]. Těsně před porodem dochází ke konverzi „relaxačních“ izoforem receptorů pro CRH za ty, které pozitivně ovlivňují kontraktilitu myometria. Je potvrzeno, že vysoké hladiny CRH v průběhu porodu ovlivňují funkci oxytocinu a prostaglandinu F2α, a tím dále působí na kontraktilitu myometria [18–20].

Procesem popsaným výše lze vysvětlit endokrinní načasování začátku porodu, vč. předčasného nástupu děložní činnosti.

Ve studii Hilla et al byly na základě hladin endogenních steroidů v cirkulaci matky, pupečníkové arteriální a venózní krvi a v plodové vodě navrženy modely pro predikci nástupu porodu, které ukázaly, že s nástupem porodu souvisí celá řada těchto látek. Korelace byly nejtěsnější pro pupečníkovou krev, avšak potenciálně nejlépe prakticky využitelný model založený na steroidomu v mateřské krvi byl stále velmi efektivní, zatímco korelace se steroidy v plodové vodě byly o něco slabší. Je zřejmé, že v porovnání s pupečníkovou krví či plodovou vodou je použití mateřské krve jednodušší a eticky přijatelnější [16].

Další intenzivně studovanou komplikací se vztahem ke steroidnímu metabolomu je intrahepatální cholestáza v těhotenství (ICP – intrahepatic cholestasis of pregnancy). V případech ICP je snížena produkce adrenokortikotropního hormonu (ACTH – adrenocorticotropic hormone) a kortizonu [21]. To poukazuje na poruchu osy hypotalamus – hypofýza. Naši autoři opakovaně popisují intenzivní vztah mezi touto osou a rozvojem ICP [22–24].

Studie vztahu neuroaktivních steroidů a krevního tlaku byly prováděny již v minulosti. Pregnanové steroidy se podílejí na regulaci systémového krevního tlaku. Někteří autoři prokázali vyšší sérové hladiny allopregnanolonu u žen s chronickou hypertenzí v porovnání s normotoničkami. V případech, kdy na hypertenzi nasedala preeklampsie, byly hladiny allopregnanolonu ještě vyšší. Výzkumy dále potvrdily, že hladiny progesteronu v plodové vodě byly vyšší u žen s pozdní formou preeklampsie [25,26].

Jednou z příčin vzniku preeklampsie je porucha regulace angiogenních a antiangiogenních faktorů v placentě. Estrogeny v těhotenství jsou převážně tvořeny konverzí sulfatovaných androgenů syntetizovaných ve fetální zóně fetální nadledviny. Porucha tvorby estrogenů vede k poruše angiogenních faktorů. Předpokládá se, že dysregulace tvorby estrogenů placentou přispívá k rozvoji preeklampsie [27].

Neuroaktivní steroidy rovněž působí na růst plodu in utero. Změny ve steroidním metabolomu mohou přispět k rozvoji fetální růstové restrikce [28]. Významný je vliv neuroaktivních steroidů na CNS plodu a matky.

Někteří autoři předpokládají, že v průběhu těhotenství se CNS plodu nachází ve stavu permanentního spánku a jeho aktivita je potlačena. Neuroaktivní steroidy v tomto případě působí jako neuroprotektivní faktory. Hladiny allopregnanolonu rostou při akutním hypoxickém stresu a chrání mozek plodu při porodu. Při chronické hypoxii se tyto mechanizmy neuplatňují, plod je tedy ohrožen více [29–31].

Řada studií prokázala, že nízké hladiny ně kte rých neuroaktivních steroidů přispívají ke vzniku depresí před porodem i post partum [32,33]. Souvislost mezi rozvojem depresí a hladinami allopregnanolonu v těhotenství a po porodu je ale patrná až ve III. trimestru [34].

Neuroaktivní steroidy ovlivňují kromě CNS také periferní nociceptory. Působí jako blokátory kalciových kanálů a redukují vnímání bolesti [35]. Jde o jeden z mechanizmů přípravy těhotné na vnímání porodní bolesti.

Neuroaktivní steroidy lze využít i terapeuticky, např. u psychiatrických onemocnění – depresí, migrén, anxiózní poruchy osobnosti, panických atak a nespavosti.

Americká FDA (US Food and Drug Administration) v roce 2019 schválila použití brexanolonu (allopregnanolon) pro léčbu depresí a anxiózního syndromu [36]. Ten působí jako modulátor GABAA receptoru [37]. Terapie založená na neuroaktivních steroidech byla úspěšně využita i u léčby závislosti na nikotinu a kokainu, v běžné klinické praxi se ale nepoužívá [38].

V současnosti probíhá experimentální studie využití brexanolonu při léčbě akutní respirační tísně způsobené onemocněním covid-19 [39]. Na zvířecím modelu se dále zkoumá možnost využití ganaxolonu (derivát allopregnanolonu) při ovlivnění možného neurologického deficitu způsobeného předčasným porodem [40].

Stran komplexního účinku neuroaktivních steroidů je vhodné zmínit vzájemnou signalizaci s endokanabinoidním systémem. Progesteron a estrogen se prostřednictvím transkripčních faktorů podílí na tvorbě a degradaci enzymů udržujících hladinu anandamidu. Poruchy metabolizmu anandamidu úzce souvisí s poruchami implantace embrya, problematikou předčasného porodu a jsou v popředí experimentálního zájmu [41,42].

Vícečetné těhotenství

Vícečetné těhotenství je závažná porodnická komplikace. Četnost je v populaci vyjádřena tzv. Hellinovým pravidlem. Podle něj je nejčastější dvojčetné těhotenství s frekvencí v populaci 1 : 85 těhotenství. V rozvinutých zemích je četnost vyšší z důvodu častějšího využití metod asistované reprodukce.

Vícečetná těhotenství jsou ohrožena vysokým rizikem vzniku mnohých těhotenských patologií. Jednou z nejzávažnějších komplikací vícečetného těhotenství je předčasný porod [43,44].

Kromě toho jsou plody vícečetného těhotenství ohroženy:

• vyšší mírou růstové restrikce u alespoň jednoho z plodů;

• twin-to-twin transfuzním syndromem;

• respiratory distress syndromem (RDS);

• rizikem nitroděložního úmrtí plodu [45–47].

Endokrinologie plodů vícečetného těhotenství byla předmětem výzkumu několika studií. Cílem bylo popsat vliv pohlavních hormonů na jednotlivé plody. Podkladem pro tyto studie byla obvykle tzv. twin testosteron transfer hypotéza. Ta tvrdí, že nadprodukce androgenů mužským plodem ovlivňuje negativně druhý plod a indukuje u něj maskulinní chování, vzhled a kognici. Tento efekt je častý u myšího modelu nebo u ně kterých nižších savců [48].

Nizozemští autoři prokázali, že nedochází k ovlivnění ženských plodů ze smíšeného páru dvojčat testosteronem produkovaným matkou. Někteří autoři tvrdí, že androgeny matky jsou placentou plně konvertovány na estrogeny. Zdroj androgenů je v případě patologického ovlivnění plodu fetální [49]. Další studie tuto hypotézu nepotvrzují nebo přímo vyvrací [48,50].

Závěry jiných projektů opakovaně prokázaly, že dívky ze smíšeného páru dvojčat nejsou ovlivněny mužským sourozencem více v porovnání se situací, kdy jsou oba sourozenci dívky. Zjistilo se také, že zatímco těhotné ženy s dvojčaty měly vyšší hladiny estrogenů a progesteronu, u dětí byly hladiny v porovnání s jednočetným těhotenstvím nižší. Je to důkaz toho, že tyto děti nejsou exponovány vyšším hladinám pohlavních hormonů [51,52].

Dosavadní studie prováděné na plodech vícečetného těhotenství stanovovaly pouze omezený počet steroidních metabolitů, a to většinou pouze ze smíšené pupečníkové krve. Náš tým se v minulosti zabýval otázkou rozlišování mezi arteriální a venózní pupečníkovou krví [53]. Podrobné hodnocení steroidního metabolomu u vícečetného těhotenství zatím nebylo publikováno.

V současnosti na naší klinice probíhá studie hodnotící steroidní metabolom u dvojčat. Cílem je pokusit se:

a) podrobně popsat komponenty steroidního metabolomu u dvojčat;

b) nastínit rozdíl mezi vícečetným a jednočetným těhotenstvím;

c) určit, zda existují rozdíly v metabolizmu steroidů mezi dvojčaty různé chorionicity (tedy rozdíl v případě „společné“ a „oddělené“ placenty);

d) popsat rozdíl v hladinách v případě monozygotických (stejná DNA) a dizygotických (rozdílná DNA) bichoriálních dvojčat;

e) popsat mezipohlavní rozdíly v metabolomu, jelikož konverze prekurzorů u jednotlivých pohlaví je rozdílná;

f ) popsat rozdíl v metabolomu plodů a matky v případě spontánního nástupu děložní činnosti a v případě porodu elektivním císařským řezem;

g) porovnat vztah k přidruženým patologiím, které jsme zatím sledovali pouze u jednočetného těhotenství (např. těhotenská cholestáza).

Péče o vícečetné těhotenství se řídí doporučeným postupem České gynekologicko-porodnické společnosti [54]. Náš výzkum je proto zajímavý i tím, že část předčasných porodů dvojčat je způsobena iatrogenně. Bude proto důležité pečlivě hodnotit jednotlivé případy a porovnávat je mezi sebou.

Závěr

Studium steroidního metabolomu ve vztahu ke komplikacím a patologiím v těhotenství je nezbytné k jejich pochopení a následnému možnému terapeutickému ovlivnění. Předpokládáme, že studiem steroidního metabolomu u dvojčat získáme přesnější pohled na vztah mezi plody a matkou, resp. mezi plody navzájem z hlediska steroidní endokrinologie a fyziologie i patofyziologie těhotenství.

ORCID autorů

A. Černý 0000-0001-9230-9184

M. Hill 0000-0002-1705-0835

A. Pařízek 0000-0002-8068-9041

Doručeno/ Submitted: 28. 12. 2021

Přijato/ Accepted: 4. 1. 2022

MUDr. Andrej Černý

Gynekologicko-porodnická klinika

1. LF UK a VFN v Praze

Apolinářská 18

128 08 Praha 2

andrej.cerny@gmail.com