Металлопротеиназы – это семейство цинк-зависимых эндопептидаз, включающее в себя матриксные металлопротеиназы (ММП), белковые пептидазы ADAM (англ. a disintegrin and metalloproteinase; дезинтегрин и металлопротеиназа) и ADAMTS (англ. a disintegrin and metalloproteinase with trombospondin motifs; дезинтегрин и металлопротеиназа с тромбоспондиновыми мотивами), участвующие в деградации белков внеклеточного матрикса (ВКМ). Последний представляет собой сеть макромолекул, в которой наиболее распространенной молекулой является коллаген. Металлопротеиназы выполняют множество функций: они регулируют активность других протеиназ, факторов роста, хемокинов и клеточных рецепторов, а также могут влиять на такие процессы, как миграция, дифференциация, пролиферация и выживание клеток [1]. На сегодняшний день известно 28 ММП, 21 ADAM и 19 ADAMTS (им присвоены номера от 1 до 20; номер 11 был пропущен, так как было обнаружено, что он уже был внесен в этот перечень ранее под номером 5). Активность металлопротеиназ жестко регулируется протеолитической системой активации и ингибирования, а нарушение ее работы может привести к различным заболеваниям.

Внеклеточный матрикс представляет собой сеть макромолекул, состоящую из множества компонентов: волокон (коллаген, эластин, ламинин и фибронектин), протеогликанов, гликопротеинов и полисахаридов (гиалуроновая кислота), которые регулируют миграцию, рост и дифференцировку клеток [2]. Матриксные металопротеиназы активно участвуют в процессах изменения ВКМ, разрушая его основные структурные компоненты. Для нормальной работы ВКМ необходим баланс между активностью ММП и механизмами ингибирования. Нарушение этого равновесия может привести к различным заболеваниям, таким как онкологические, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания, артрит и фиброзные нарушения [3–9]. ММП в организме ингибируются α2-макроглобулином и семейством тканевых ингибиторов металлопротеиназ (ТИМП) [10]. На данный момент выделяют 4 основных типа ТИМП, при этом они не специфичны для каждой ММП, хотя наблюдается определенная корреляция связывания; так, например, ТИПМ-2 c ММП-2, ТИПМ-1 c ММП-9 [11].

Матриксные металлопротеиназы входят в семейство внеклеточных цинк-зависимых эндопептидаз, способных разрушать все типы белков внеклеточного матрикса.

История открытия матриксных металлопротеиназ / A history of discovering matrix metalloproteinases

Впервые ММП были описаны в 1949 г. [12][13] как деполимеризующие ферменты, которые, как предполагалось, способствовали росту опухоли за счет образования стромы соединительной ткани с мелкими более рыхлыми кровеносными сосудами [14]. В 1962 г. J. Gross и С.M. Lapierre выделили коллагеназу ММП, которую охарактеризовали как фермент, ответственный за резорбцию хвоста головастика [15]. На сегодняшний день насчитывается 28 ММП, из них как минимум 23 экспрессируются в тканях человека. ММП включают коллагеназы, желатиназы, стромелизины, матрилизины и ММП мембранного типа [16] (табл. 1).

ММП участвуют во многих биологических процессах, таких как восстановление и ремоделирование тканей, эмбриогенез, ангиогенез, пролиферация и миграция клеток, заживление ран, апоптоз, а также они способны влиять на процессы невынашивания беременности и разрастания эндометрия [17–19].

Матриксные металлопротеиназы и беременность / Matrix metalloproteinases and pregnancy

Инвазивное поведение трофобластов обусловлено их способностью секретировать ММП, а строгий баланс между ММП и их ингибиторами способствует нормальному течению беременности. На ранних сроках основную роль в успешной инвазии цитотрофобластов играют желатиназы ММП-2 и ММП-9, так как именно они участвуют в деградации коллагена IV типа, который является основным компонентом базальной мембраны матери [20, 21]. Накопление коллагена приводит к нарушению ремоделирования сосудов и миграции клеток. Активные формы ММП-2 и ММП-9, экспрессируемые клетками плода во время наступления беременности, были обнаружены в плаценте женщин [22], мышей [23], коров [24], овец [25] и кобыл [26].

В 2017 г. M. Laskowska было проведено исследование содержания ММП-2 и ММП-9 у пациенток с развитием клинической картины ранней и поздней преэклампсии (ПЭ). На основании своего исследования автор пришел к выводу, что повышенная концентрация ММП-2 и снижение уровня ММП-9 связаны с развитием ранней и поздней ПЭ [27]. Y. Yu с соавт. также подтвердили, что снижение экспрессии ММП-9 подавляет инвазивные способности трофобластов [28]. Однако N.M. Eleuterio с коллегами показали, что именно увеличение сывороточного содержания ММП-2 и ММП-9 влияет на возникновение ПЭ и исход беременности в целом [29]. Необходимо учитывать, что провоспалительные цитокины и бактериальные протеазы способны индуцировать синтез и секрецию ММП-9 [30]. Повышение концентрации ММП-2 при ПЭ объясняется тем, что ММП-2 способствует изменению функции сосудов за счет расщепления вазоактивных пептидов, что приводит к сужению сосудов и снижению вазодиллятации. М. Montagnana с соавт. отметили, что уровень ММП-9 значительно выше у беременных с физиологической беременностью [31]. В 2011 г. С. Oddsdottir с соавт. в своей статье сообщили об отсутствии изменений ММП-9 у кобыл, однако снижение активности ММП-2 во время беременности, по их мнению, приводило к преждевременным родам [32]. В 2018 г. S. Senapati с соавт. установили, что у пациенток с «криопереносом» частота развития ПЭ статистически ниже, чем у пациенток со «свежим» переносом бластоцисты. При исследовании данного факта они установили, что у пациенток с криопереносом отмечалась повышенная экспрессия ряда генов, в том числе генов, кодирующих ММП-2 [33]. Повышение во время беременности ММП может быть связано и с гормонами (эстрогеном и прогестероном), так как именно эти гормоны усиливают экспрессию ММП-2 и ММП-9 в матке у девственных крыс [34]. На активность ММП также оказывают влияние тканевые ингибиторы металлопротеиназ; так, повышенная активность ТИМП-2 усиленно блокирует МПП-2, тем самым нарушая инвазию цитотрофобластов [35]. ММП способствуют деградации ВКМ, а снижение содержания ММП-2 и ММП-9, как предположили в своем исследовании W. Li и его коллеги, может привести к повышенному отложению коллагена, что может препятствовать росту, пролиферации и миграции клеток и привести к нарушению васкуляризации плаценты [36]. Их теорию также подтвердили G.A. Cabral-Panhego с соавт. [37].

На сегодняшний день нет рекомендаций, доказывающих преимущества оценки ММП у беременных, как предиктора развития ПЭ. Однако дальнейшее изучение этой темы может способствовать более благоприятному исходу у таких пациенток. Определение уровня ММП является достаточно новым и перспективным направлением во всех отраслях медицины. Так, в 2021 г. D.A. de Sousa с коллегами опубликовали интересное исследование, в котором показали, что повышение уровня циркулирующей MMП-9 является одним из предикторов, участвующим в повреждении гематоэнцефалического барьера у пациентов с паренхиматозным поражением головного мозга, возникшего вследствие церебрального венозного тромбоза. Кроме того, они обнаружили, что пациенты, достигшие ранней реканализации, демонстрируют значительно более низкие уровни ММП-9 на 8-й день после начала антикоагулянтной терапии [38].

ADAMTS – дезинтегрин и металлопротеиназа с тромбоспондиновыми мотивами осуществляет множество функций в процессах морфогенеза тканей и воспаления, а также участвует в «построении» сосудов.

Как члены семейства металлопротеиназ, ADAMTS играют важную роль в ремоделировании ВКМ [39]. Ферментативная активность этих протеаз подавляется ТИМП-3 [40]. Впервые гены ADAMTS были открыты в 1997 г. К. Kuno с соавт. у пациентов с раком толстой кишки [41]. Позже выяснилось, что ADAMTS играют активную роль в процессах женской репродуктивной системы [42]. В 2005 г. S. Porter и его коллеги идентифицировали ADAMTS-1, -4, -5, -8 и -9 в матке и плаценте [43]. На сегодняшний день существует несколько исследований, доказывающих участие ADAMTS в процессах имплантации и плацентации. Нарушение регуляции или функциональные изменения ADAMTS зачастую связаны с развитием такого грозного осложнения, как ПЭ [44][45]. M.N. Kalem с соавт. опубликовали свое исследование, в котором показали, что уровень ADAMTS-1, -4, -12 и -13 в пуповинной и материнской крови у пациенток с развившейся ПЭ был ниже по сравнению с контрольной группой [46]. E. Gokdemir с коллегами также отметили снижение уровня ADAMTS-12 в сыворотке крови у пациенток с ПЭ. По их мнению, дефицит ADAMTS-12 способен вызвать дефектную инвазию трофобласта, аномальное ремоделирование спиральных артерий и нарушение развития плаценты [47].

Металлопротеиназа ADAMTS-13 / ADAMTS-13 metalloproteinase

Наверное, самая изученная металлопротеиназа на данный момент – это ADAMTS-13. Как известно, она является важной частью системы гемостаза. В 2001 г. ученые выяснили, что она способна отщеплять фрагменты от мультимерной молекулы фактора фон Виллебранда (vWF) [48][49]. Именно определение взаимоотношения ADAMTS-13/vWF служит основным маркером фактора риска развития тромбозов. У новорожденных детей, как показывают немногочисленные исследования, более высокий уровень vWF, при этом активность ADAMTS-13 значительно ниже [50–53]. У здоровых новорожденных соотношение ADAMTS-13/vWF в норме не приводит к тромбозам, однако это может при воздействии дополнительных факторов риска, таких как гипоксия, сепсис и введение на длительное время внутривенных устройств, привести к осложнениям.

Также ученые полагают, что важным прогностическим маркером служит определение уровня ADAMTS-13 у беременных, так как она играет важную роль при нормальной беременности и патогенезе осложнений, связанных с беременностью. Считается, что ADAMTS-13 способствует инвазии, миграции, пролиферации и формированию трофобласта. S. Aref и H. Goda продемонстрировали, что активность ADAMTS-13 была значительно снижена в группе женщин, находящихся «в положении» с ПЭ, по сравнению со здоровыми беременными и небеременными [54]. Эти результаты согласуются с данными А. Stepanian с соавт., которые утверждали, что низкий уровень активности ADAMTS-13 коррелировал с развитием ПЭ [55]. J. Xiao с коллегами в своем исследовании отметили значительно более низкие уровни ADAMTS-13 в тканях ворсинок плаценты у пациенток с тяжелой ПЭ, чем в контрольной группе. Они полагали, что снижение синтеза и секреции ADAMTS-13 в плацентах пациенток с тяжелой ПЭ может быть связано с гипоксией тканей и ишемией плаценты, вызванной гипертонией [56]. ADAMTS-13 экспрессируется в эндотелии трофобластов и кровеносных сосудов плода. Во время беременности плацента человека синтезирует и секретирует активную протеолитическую ADAMTS-13. В норме ADAMTS-13 вырабатывается на самом высоком уровне в I триместре и постепенно снижается в плазме во II и III триместрах беременности [50].

При многих состояниях отмечается снижение уровня ADAMTS-13 и повышение vWF. Так, например, у больных с сепсисом отмечается снижение ADAMTS-13, что приводит к тромботической микроангиопатии [57][58]. Скорее всего, это связано с воспалением, из-за которого из эндотелия выделяется большое количество vWF, который потребляет и истощает доступную ADAMTS-13. Также отмечено нарушение соотношения ADAMTS-13/vWF у пациентов с острым инфарктом миокарда, ишемическим инсультом и у онкологических больных, у которых возникновение венозной тромбоэмболии приводит к большему количеству летальных исходов [55][59–63]. Пациенты с сепсисом склонны к снижению уровня ADAMTS-13. Чем ниже уровень ADAMTS-13, тем выше риск развития смерти у пациентов с сепсисом и септическим шоком в связи с усугублением выраженности протромботического статуса [64].

Металлопротеиназы ADAM / ADAM metalloproteinases

ADAM – дезинтегрин и металлопротеиназа также относится к семейству цинк-зависимых белковых пептидаз, способных отщеплять внеклеточных фрагмент мембранных белков.

На данный момент имеется очень мало данных, указывающих на роль металлопротеиназ ADAM в развитии осложнений беременности. Известно, что ADAM-12 регулирует миграцию и инвазию трофобласта в матку во время развития плаценты [65][66]. Было проведено несколько исследований, где оценивался уровень ADAM-12 в I триместре беременности. На основании этих данных можно предположить, что ADAM-12 является потенциальным биомаркером плацентарной недостаточности [67–69]. М. Kokozidou и его коллеги в своем исследовании с помощью иммуногистохимического анализа показали, что ADAM-12 присутствовала в слое ворсинчатого трофобласта в плаценте в III триместре беременности [70].

Таким образом, металлопротеиназы играют важнейшую роль в патологических процессах, в том числе и в акушерско-гинекологической практике. Металлопротеиназы участвуют в процессе инвазии трофобласта и ремоделировании спиральных артерий, а нарушения имплантации на ранних сроках способны повлиять на течение и исход беременности в целом. Снижение/повышение уровня металлопротеиназ является важным маркером, который может сопутствовать развитию такого грозного осложнения, как преэклампсия: перенесенная преэклампсия способна привести к проблемам со здоровьем в будущем как для матери, так и для плода. Кроме того, немаловажным является определение прогностического значения уровня металлопротеиназ для принятия решения о тактике ведения беременных. Также на сегодняшний день активно проводятся клинические исследования, в которых ингибиторы ММП являются терапевтическими средствами. Необходимы дальнейшие исследования для внедрения данных энзимов в клиническую практику. Мы надеемся, что в будущем оценка уровня металлопротеиназ в ранние сроки беременности и вовремя начатое лечение смогут помочь тысячам женщин пройти один из важнейших этапов их жизни без осложнений.