Progesteron a jeho neuroaktivní metabolity v mechanismu porodu

Cíl studie:
Přehledový článek o roli neuroaktivních a neuroprotektivních steroidů v lidském těhotenství.

Typ studie:
Přehledový článek.

Název a sídlo pracoviště:
Gynekologicko-porodnická klinika 1. lékařské fakulty UK a Všeobecné fakultní nemocnice, Praha.

Závěr:
Porod je multifaktoriální proces. Bylo zkoumáno již mnoho mechanismů iniciace porodu. Hladina estrogenů vzrůstá ke konci těhotenství, což pravděpodobně způsobuje zvýšená aktivita fetálních nadledvin. Tato zóna je stimulována postupným zvyšováním produkce placentárního kortikoliberinu, což způsobuje nadměrnou produkci konjugovaného 3β-hydroxy-5-en-steroidů, které jsou transportovány cirkulací do placenty a následně metabolizovány na aktivní hormony. Některé metabolity progesteronu pravděpodobně působí v těhotenství udržováním modulace ligandů iontových kanálů v CNS a periferii. Otázkou v této studii bylo, jestli katabolismus těhotenství udržujících metabolitů progesteronu urychluje podobně jako estrogeny.

Klíčová slova:
neuroaktivní steroidy, iniciace porodu, těhotenství.

ÚVOD

Role progesteronu na začátku oplození spočívá v jeho zásadním ovlivnění přeměny endometria v deciduu a v podpoře nidace oplodněného vejce. U člověka se významně podílí i na celém průběhu těhotenství. Relaxací myometria udržuje délku těhotenství. Vedle progesteronu mohou být ale biologicky aktivní i jeho metabolity.

Tyto metabolity se vážou prostřednictvím receptorů γ aminomáselné kyseliny na extracelulární neurotransmiterové receptory buněčných membrán a ovlivňují jejich propustnost pro ionty. Obecně se označují jako neuroaktivní steroidy. V případě progesteronu jde konkrétně o neuroaktivní steroidy pregnanového typu. Mechanismus působení neuroaktivních steroidů je negenomový, a jejich účinek je proto oproti běžně genomově fungujícím steroidům velmi rychlý. Neuroaktivní steroidy jsou u těhotné ženy produkovány v řádově vyšším množství proti stavu mimo těhotenství. Na jejich produkci se v těhotenství podílí zejména nadledviny plodu a placenta a také játra plodu i matky. Placentární a fetální kompartmenty jsou velice těsně propojeny, i z hlediska tvorby a účinku neuroaktivních steroidů tvoří fetomaternální jednotku. Neuroaktivní steroidy existují ve volné i konjugované formě. Volné i konjugované neuroaktivní steroidy placentou procházejí do mateřského oběhu. Jejich funkce v těle těhotné ženy/rodičky však není dosud zcela objasněna. Očekává se, že mají podíl na stabilizaci těhotenství, a na druhé straně mohou být i jedním z mediátorů začátku porodního mechanismu. Neuroaktivní steroidy se zřejmě účastní i neurohumorální stresové reakce ženy během porodu a s vysokou pravděpodobností se podílejí i na změnách poporodního duševního chování matky. V peripartálním období budou mít pravděpodobně i ochranný účinek proti hypoxii CNS plodu.

ROZDĚLENÍ STEROIDNÍCH HORMONŮ

Steroidní hormony jsou deriváty cholesterolu. Odštěpením izokaproaldehydu (C6) z molekuly cholesterolu, kterou katalyzuje cytochrom P450 dependentní enzym odštěpující postranní řetězec vzniká pregnenolon. To platí i pro cholesterol konjugovaný. Pregnelonon a jeho sulfát jsou prekurzory všech steroidních hormonů. K přeměně pregnenolonu na steroidní hormony dochází v endoplazmatickém retikulu, v mitochondriích a v cytoplazmě buněk. Steroidní hormony nejsou ukládány v endokrinních žlázách, proto, jsou- li vytvořeny, vylučují se ihned do oběhu. Volné steroidy jsou významně lipofilní, a proto snadno procházejí lipoproteinovými strukturami. Krevní transport molekul steroidních hormonů probíhá pomocí přenašečových proteinů (albumin, kortikosteroidy vázající globulin, pohlavní hormony vázající globulin apod.). V případě genomových účinků je pouze volná frakce steroidů biologicky aktivní. Ta však obvykle činí méně než 10 % z jejich celkového množství. Naproti tomu právě vazba na přenašečové proteiny způsobuje relativně dlouhý poločas života většiny steroidů, řádově hodiny. V rámci degradace a exkrece steroidní hormony podléhají převážně redukci a dále pak konjugaci hydroxy-skupin (na C3) s glukosiduronátem nebo se sulfátem. Ke konjugaci dochází zejména v játrech, ale i v ledvinách. Konjugací významně klesá lipofilie steroidů, a naopak se zvyšuje jejich rozpustnost ve vodě a snáze se vylučují. Okolo 70 % konjugovaných steroidů se vylučuje močí, 20 % stolicí a zbytek kůží.

Steroidní hormony můžeme dělit podle místa vzniku nebo podle místa jejich účinku.

Podle místa syntézy se dělí na tři skupiny, první z nich jsou vylučovány kůrou nadledvin (aldosteron, kortizol), druhá skupina pohlavními žlázami (progesteron, testosteron, estradiol) a třetí skupinu tvoří steroidy produkované během těhotenství v placentě.

Podle místa účinku se dělí steroidní hormony na steroidy s intracelulárním a extracelulárním účinkem. Intracelulárně účinné steroidy, malé lipofilní molekuly, snadno procházejí buněčnou membránou a vstupují do cytoplazmy, kde se vážou na intracelulární receptory, buď v cytoplazmě, nebo přímo, po prostupu nukleární membránou, v jádře na DNA cílových buněk. Komplex hormon-receptor působí jako transkripční faktor, aktivuje nebo potlačuje expresi genů. V případě aktivace genů dochází k syntéze proteinů, které vyvolávají příslušnou biologickou odpověď. Vzhledem k tomu, že intracelulárně účinné steroidy zasahují do exprese genů, nastupují jejich účinky ve srovnání s ostatními hormony pomaleji, ale zato dlouhodobě. V minulosti byla již dostatečně prozkoumána steroidní regulace metabolismu, osmotické rovnováhy a sexuálních funkcí. Účinek druhé skupiny steroidních hormonů probíhá prostřednictvím membránových receptorů. Od předchozí skupiny steroidů se tyto látky odlišují svým extracelulárním, negenomovým účinkem. Vytváří vazby s neurotransmiterovými receptory v buněčných stěnách, které ovlivňují propustnost iontových kanálů. Proto se tyto látky obecně označují jako neuroaktivní steroidy. Jejich účinek je velmi rychlý.

NEUROAKTIVNÍ STEROIDY

Poznání o neuroaktivních účincích steroidů je poměrně nedávné. Začátkem 70. let minulého století nalezl Backström souvislost mezi premenstruální tenzí a změnami hladin estradiolu a progesteronu [2]. V této době se také objevily první systematické studie sledující biosyntézu i katabolismus progesteronových metabolitů ve tkáních spojených s lidským těhotenstvím [21]. V roce 1980 uvádí v české literatuře Schreiber, z celosvětového hlediska poprvé, termín „neurosteroid“ a o rok později je tento termín poprvé použit v zahraniční literatuře v souvislosti s experimentem podloženou hypotézou o přímé biosyntéze steroidů v mozku, a to nezávisle na periferii [4, 31]. Pozdější nález biosyntézy neuroaktivních steroidů přímo v CNS se stal důležitým mezníkem jejich výzkumu [3, 15, 33]. Bylo prokázáno, že neurosteroidy v CNS jsou syntetizovány nejen v mitochondriích neuronů, ale i v gliových buňkách [32]. Později vychází práce, ve které Harrison a Simmonds publikují mechanismus anestetického účinku syntetického pregnanového steroidu ganaxalonu působícího prostřednictvím stimulace receptorů kyseliny γ-aminomáselné, GABA-r [8]. V následujícím roce publikuje Majewska první práci o modulačním účinku endogenních steroidů na GABA-r, a zahajuje tak intenzivní výzkum v oblasti mechanismů účinku neuroaktivních steroidů, který dosud probíhá [17].

Biosyntéza neuroaktivních steroidů (schéma 1) vykazuje velmi výrazné rozdíly v závislosti na pohlaví a věku. U netěhotných žen v reprodukčním věku je největší podíl neuroaktivních steroidů pregnanového typu (C21 steroidy). Zahrnují metabolity progesteronu syntetizovaného v corpus luteum, zejména v luteální fázi menstruačního cyklu [24] (tab.1). Dominantním metabolitem je allopregnanolon. tj. 3α-hydroxy-5α-pregnan-20-on, následují izopregnanolon, pregnanolon a epipregnanolon [12].

Podobně jako progesteron, také jeho redukované metabolity klesají u žen s věkem a kvalitativně se mění po menopauze [6].

Většinu prekurzorů neuroaktivních steroidů mimo těhotenství nebo luteální fázi menstruačního cyklu tvoří kůra nadledvin. Největší produkce pochází ze zona fasciculata řízené osou CRH-ACTH, menší v zona glomerulosa řízené osou renin-angiotenzin. Poslední ze zón kůry nadledvin, která je méně závislá na stimulaci ACTH, zona reticularis, produkuje spíše androgenní prekurzory a určité množství testosteronu. Tyto látky jsou ovšem substráty pro tvorbu 5α- a 5β-dihydrotestosteronu a dále neuroaktivních androstanových metabolitů.

Progesteronové nekonjugované metabolity převážně pozitivně modulují GABA_A receptory a způsobují, že dochází k uvolnění jejich chloridových kanálů. Výsledkem je účinek endogenně analgetický až hypnotický. Konjugované metabolity progesteronu modulují GABA_A receptory také, ale s opačným účinkem. Řada neurosteroidů, především jejich sulfátů (ale ne všech), působí jako pozitivní modulátory NMDA receptorů, uvolňující kalciové kanály s účinkem endogenně excitačním. Na tvorbě a metabolismu neurosteroidů se podílí řada steroidogenních enzymů, jejichž změněná aktivita může mít za následek, nebo alespoň přispět ke vzniku patologických stavů, jako je například premenstruační syndrom, různé druhy deprese, některé formy epilepsie. Již dnes lze předvídat, že po dokonalém poznání tvorby, možnosti ovlivnění metabolismu a působení neurosteroidů, vznikne časem možnost jejich dalšího terapeutického využití, ať už k prevenci, nebo k léčbě řady i velmi závažných onemocnění.

PREGNANOVÉ STEROIDY V TĚHOTENSTVÍ

Výsledky studií u laboratorních zvířat ukazují významnou roli pregnanových steroidů v rovnováze zajištující trvání těhotenství. Pregnanové steroidy na jedné straně napomáhají těhotenství stabilizovat, ale na druhé straně, změny jejich hladin mohou vyvolat nástup děložních kontrakcí a přispět k ukončení těhotenství. I když u mnoha druhů savců je mechanismus začátku porodu do značné míry objasněn, u člověka tomu tak není. Lidský porod je výrazně druhově specifický a dosud není znám prvotní impuls k jeho spuštění. V mechanismu začátku porodu primátů se zřejmě významně uplatňuje kortikoliberin (CRH), jehož výrazná placentární produkce je charakteristická pouze pro primáty. V časovém vývoji sérového profilu CRH dochází, v důsledku specifické placentární up-regulace genové exprese, kolem 30. týdne těhotenství k exponenciálnímu nárůstu CRH až do doby porodu [10, 11]. Směrem k termínu porodu současně klesá hladina CRH-vazebného proteinu (CRH-BH) [2]. Sekrece CRH v placentě je na rozdíl od tvorby CRH v hypothalamu pravděpodobně řízena pouze cirkulujícími a lokálně produkovanými humorálními faktory, mezi něž patří neurotransmitery, cytokiny, prostaglandiny, peptidové hormony a steroidy [2, 3]. Na rozdíl od netěhotné ženy, kdy je zpětnovazebně prostřednictvím osy hypothalamus-hypofýza-nadledviny udržována rovnováha v produkci glukokortikoidů, v těhotenství zvyšují glukokortikoidy tvorbu CRH v placentě, kde indukují expresi příslušné mRNA, tj. dochází k vytvoření pozitivní zpětné vazby [12,14]. Přes hyperprodukci CRH v období těhotenství však tento placentární hormon významněji nezasahuje do systému hypofýza--nadledvina u matky [2].

Lidský plod má již ve II. trimestru fungující hypofyzárně-adrenální osu a placentární CRH stimuluje produkci ACTH v hypofýze plodu a parakrinně i přímo v placentě [15]. ACTH, a zejména samotný CRH dále stimulují steroidogenezi ve fetální nadledvině, jejímiž hlavními produkty jsou pregnenolon sulfát, DHEAS, DHEA a kortizol [34, 35]. Zdá se, že právě CRH je příčinou hypertrofie fetální zóny nadledviny plodu během těhotenství, což naznačuje fakt, že fetální zóna nadledviny zaniká po porodu. Produkce steroidů ve fetální zóně nadledvin plodu je s největší pravděpodobností významně spojena s iniciací porodu.

CRH kromě pozitivní zpětné vazby s kortizolem vytváří také pozitivní zpětnou vazbu s prostaglandiny [1, 13, 27]. Přes tato fakta objasňující do určité míry mechanismus spuštění porodu však stále není jasné, jaký podnět slouží k zahájení kaskády těchto pozitivních zpětných vazeb vedoucích k děložní činnosti. Hlavní otázkou zůstává mechanismus spojení mezi tvorbou CRH a kontraktilitou hladké svaloviny myometria [19].

Pokud jde o mimořádně hojný neuroaktivní steroid v maternálním, a zejména fetálním kompartmentu, pregnenolonsulfát, produkovaný fetální zónou fetální nadledviny, jeho role není jednoznačná. Tento konjugát může vystupovat jako aktivátor jak nervové činnosti prostřednictvím aktivace NMDA-r, nebo negativní modulace GABA_A-r, ale zároveň je i prekurzorem progesteronu, a tedy i aktivátorů GABA_A-r, a navíc může v některých případech sám působit i jako aktivátor GABA_A-r.

Autoři Pařízek A., Hill M. a kol. popsali trendy v koncentraci neuroaktivních steroidů v průběhu fyziologického těhotenství (graf 1).

Na rozdíl od hlodavců nebyly u lidí většinou zjištěny výrazné změny hladin gestagenů v období před nástupem porodu. V minulosti se však objevila i práce dokumentující pokles hladin progesteronu v pupečníkové arteriální i venózní krvi mezi 36. a 40. týdnem těhotenství a růst poměru estradiol/progesteron v tomto období [9].

Inaktivace progesteronu, který udržuje v klidu dělohu a současná aktivace estrogenů, je u lidí zajišťována především zvýšením exprese A-izoformy progesteronového receptoru (PR-A) a estrogenního receptoru typu α (ERα). Progesteron inhibuje expresi ERα a mRNA pro ERα. ERα pak mimo porod pozitivně koreluje s myometriální cyklooxygenázou typu 2 i mRNA pro oxytocin. Tyto výsledky naznačují aktivaci genů odpovědných za kontrakční činnost myometria [20]. Sulfáty některých steroidů ve fetálních membránách stimulují i fosfolipázovou aktivitu a podporují uvolňování kyseliny arachidonové jako substrátu pro tvorbu prostaglandinů [29]. V této souvislosti přichází v úvahu možnost ovlivnění receptorů kontrolujících propustnost membránových iontových kanálů pro vápenaté ionty prostřednictvím interakce se sulfáty některých steroidů. Jak ukazují studie na hlodavcích, v regulaci děložní kontraktility jsou zřejmě zapojeny i GABA_A receptory, které mohou být modulovány steroidy v obou směrech, přičemž pro výsledný efekt by mohly být důležité poměry sulfatovaných a nesulfatovaných forem steroidních GABA_A modulátorů stejně jako poměr 3α - a 3β-hydroxylovaných metabolitů progesteronu [18, 28].

Ve druhé polovině devadesátých let byla publikována studie zabývající se biosyntézou a transportem neuroaktivních steroidů mezi fetálním a mateřským kompartmentem. Autoři této studie navrhli následující mechanismus. Progesteron vstupuje do fetální cirkulace z místa jeho syntézy v syncytiotrofoblastu a je metabolizován plodem na allopregnanolon (P3α5α) a izopregnanolon (P3β5α), tj. na 5α-pregnanolonové izomery a jejich sulfáty. Tyto látky jsou pak zpětně konvertovány na 5α-dihydroprogesteron v trofoblastu, odkud pak přednostně vstupují do mateřského kompartmentu. Zde jsou opět metabolizovány na 5α-pregnanolonové izomery a jejich sulfáty a to nezávisle na hladinách progesteronu v mateřském kompartementu [5]. Druhý, nejhojnější volný pregnanový steroid v těhotenství pregnanolon (P3α5β), vykazuje u těhotných žen hladiny téměř srovnatelné s hladinami nejhojnějšího endogenního pozitivního modulátoru GABA_A-r allopregnanolonu, zatímco u žen mimo těhotenství jsou tyto hladiny téměř o řád nižší [10, 12, 25, 26]. 5β-pregnanové steroidy přitom vyvolávají rychlou relaxaci uteru i prostřednictvím nukleárního pregnanového receptoru X [22]. Z hlediska iniciace porodu je rovněž zajímavé, že exprese m-RNA pro enzym 5β-reduktázu, která je nutná pro syntézu pregnanolonu pravděpodobně v závěru těhotenství, významně klesá v placentě i myometriu, což má vliv i na vývoj hladin příslušných neuroaktivních metabolitů progesteronu [7, 25, 30]. 5β-reduktáza je aktivní převážně v játrech, ale například i v dásních, mozku a ve tkáních spojených s těhotenstvím [14, 16]. Jedna ze současných studií uvádí vzrůst hladin pregnanolonových steroidů a jejich prekurzorů od 10. do 36. týdne těhotenství s výjimkou 5β-dihydroprogesteronu (DHP) a pregnanolonu, jejichž profily se významně neměnily. Zatímco poměr 5α-DHP/progesteron odrážející aktivitu 5α-reduktázy byl během těhotenství konstantní, poměr 5β-DHP/progesteron odrážející aktivitu 5β-reduktázy se snižoval v závěru těhotenství. Konverze 5α-DHP a 5β-DHP na produkty s hydroxylem v poloze 3α- během těhotenství rostly, avšak v poslední fázi před porodem hodnoty uvedeného poměru v případě allopregnanolonu poklesly. Šest týdnů po porodu byly hladiny uvedených steroidů podstatně nižší proti hodnotám před porodem [7].

Již v roce 1989 publikovala Majewska hypotézu o úloze steroidních modulátorů GABA-r v patogenezi poporodních depresí. Uvedená hypotéza byla o pět let později podpořena prací italských autorů [23]. Skupina 38 primipar, po porodu zdravého novorozence, byla rozdělena podle odpovědi na dotazník „Stein Questionnaire for symptoms of the “blues”“ na podskupinu pociťující příznaky poporodní deprese (n=18) a skupinu bez těchto příznaků (n=20). Hlavním ukazatelem subjektivních příznaků poporodní deprese bylo tzv. Hamiltonovo skóre. U skupiny žen s příznaky nebyla nalezena na rozdíl od zbývajících žen korelace mezi allopregnanolonem a progesteronem. Hladiny allopregnanolonu postpartum byly nižší u skupiny žen s příznaky, ačkoliv ve hladinách progesteronu obdobný rozdíl nalezen nebyl. Navíc byla nalezena negativní korelace mezi Hamiltonovým skóre a hladinami allopregnanolonu postpartum.

Dosavadní poznatky ukazují, neuroaktivní metabolity progesteronu mohou významně ovlivňovat jak mechanismus začátku porodu, tak i jeho průběh.

ZÁVĚR

Neuroaktivní steroidy pregnanového typu ovlivňují v těhotenství a s největší pravděpodobností i v šestinedělí celou řadu reakcí matky i dítěte. Z hlediska perinatologické praxe lze očekávat, že by tyto steroidní látky mohly pomoci v predikci nástupu děložních kontrakcí a předčasného porodu. K tomu je třeba vypracovat nejprve metodiku multikomponentní analýzy neuroaktivních steroidů, estrogenů, gestagenů, jejich prekurzorů a metabolitů. Další krok by studoval steroidní metabolity společně s proteohormony a vazebnými proteiny u žen během těhotenství a při porodu, a to jak u předčasných porodů, tak u porodů v termínu. Na základě získaných údajů bude třeba vybrat nejvhodnější kombinace ukazatelů pro predikci termínu porodu. Nakonec budou pravděpodobně navrženy a validovány příslušné predikční modely.

Práce byla podporována GAČR -303/04/1086 Neuroaktivní steroidy a iniciace porodu u člověka.

MUDr. Michaela Klímková

Gynekologicko-porodnická klinika

1. LF UK a VFN

Apolinářská 18

128 08 Praha 2

e-mail:mklim@centrum.cz