Molekulární mechanizmy účastnící se rozvoje fibrózy u endometriózy

Overview

Endometrióza je velmi komplikované chronické onemocnění s vysokou prevalencí mezi ženami fertilního věku, které výrazným způsobem ovlivňuje kvalitu jejich života i schopnost otěhotnět. V klinické praxi se stále častěji setkáváme s pokročilými stadii onemocnění, zejména ve formě hluboké endometriózy, která mohou vést nejen k výrazným symptomům, ale i orgánovému postižení. Cílem článku je shrnout současné poznatky o patologických procesech vedoucích k fibrózním změnám, jež stojí za nejzávažnějšími nálezy. Zároveň je teoretickým základem běžícího výzkumného projektu zaměřeného na identifikaci molekulárních markerů stojících právě za nejtěžšími formami endometriózy, které by mohly pomoci v predikci progrese onemocnění.

Klíčová slova:

Endometrióza – hluboká infiltrující endometrióza – biomarkery fibrózy – buněčné a molekulární mechanizmy fibrózy – epiteliál-ně-mezenchymální tranzice

Úvod

Endometrióza je definována jako přítomnost „buněk podobných endometriu“ (endometrial-like tissue) mimo dutinu děložní, jedná se o hormonálně dependentní onemocnění, které postihuje asi 10 % žen v reprodukční věku [1] a nejčastěji se manifestuje příznaky bolesti (chronická pánevní bolest, dysmenorea, dyspareunie, dyschezie) a sterilitou [2]. Podle lokalizace ektopického endometria rozlišujeme endometriózu ovariální (OE), peritoneální (PE), hlubokou infiltrující (DE – deep endmetriosis), adenomyózu (AD) a endometriózu v dalších lokalitách (např. bránice, plíce atd.). Charakteristickým rysem toho onemocnění je proliferace endometriálních buněk, jejich invaze skrze peritoneum, kde dochází ke zvýšenému oxidačnímu stresu, následně chronickému zánětu a neuroangiogenezi [3,4]. Při progredujícím a rozsáhlém onemocnění se setkáváme se zvýšenou fibroprodukcí a fibrotizací tkání, často spojenou s chronickou pánevní bolestí a sterilitou. Cílem textu je shrnout dosud známé mechanizmy způsobující fibrózní změny vedoucí k rozvoji nejzávažnějších forem endometriózy a jejich molekulární komponenty v souladu s recentními vědeckými poznatky.

„Klasické“ teorie vzniku endometriózy

Historicky první zmínka o endometrióze pochází již z konce 17. století od Daniela Shroena v práci „Disputatio Inauguralis Medica de Ulceribus Ulceri“. Prvním, kdo ve světové literatuře popsal funkční endometrium mimo dutinu děložní, byl Karl von Rokitansky v roce 1860 [5]. V roce 1898 formuloval Iwanhofen hypotézu metaplazie peritoneálních buněk na buňky endometriální. Začátkem 20. století publikovali Meyer a později Gruenwald [6] metaplastickou teorii mezotelových buněk s přímým vlivem hormonálních a zánětlivých faktorů. Tato teorie byla později rozšířena o metaplazii peritoneálních kmenových buněk [7,8] či o možnost vzniku endometriózy diferenciací z kmenových buněk bazální vrstvy endometria [9] či kostní dřeně [10] a nelze opomenout ani možnost vzniku endometriózy z embryonálních zbytků [11].

V roce 1927 uvedl J. A. Sampson termín endometrióza do lékařského názvosloví a představuje teorii retrográdní menstruace [12,13], která navzdory téměř 100 letům dalších zkoumání zůstává platná a lékařskou veřejností nejčastěji přijímaná. Podporují ji i výsledky recentních genetických výzkumů, které odhalily identické mutace genů KRAS a PIC3CA („cancer-driver mutations“) u téže pacientky v endometriu z dutiny děložní a v ektopickém endometriu [14]. Samozřejmě i tato teorie má své limity – nevysvětluje např. vznik endometriálních ložisek mimo peritoneální dutinu (v plicích, na kůži, v lymfatických uzlinách) [15]. Vznik vzdálené extragenitální endometriózy by mohla naopak vysvětlovat teorie diseminace endometriálních buněk hematogenní či lymfatickou cestou [16]. Teorie retrográdní menstruace rovněž nedokáže objasnit vznik endometriózy u mužů léčených vysokými dávkami estrogenů u karcinomu prostaty [17] či u žen se syndromem Rokitansky-Kuster-Hauser [18]. U obou zmíněných skupin pacientů chybí vrozeně funkční endometrium. Implantační teorie také nekoresponduje s klonálním aspektem endometriózy, kdy bylo zjištěno, že každá endometriální léze pochází z jedné progenitorové buňky. Na základě tohoto objevu byla formulována nejnovější genetická/epigenetická teorie [19].

Přesný mechanizmus vzniku onemocnění zůstává neznámý, avšak vznik endometriózy vyžaduje degradaci extracelulární matrix, invazi endometriálních stromálních a žlázových buněk do peritonea a jejich schopnost se zde uchytit a dále ektopicky růst [20,21]. Jak již bylo uvedeno, patří teorie retrográdní menstruace mezi nejvíce akceptované, ale není jediným mechanizmem, protože retrográdní reflux se fyziologicky vyskytuje u 76–90 % žen v reprodukčním věku [22] a pouze u 10–15 % žen dochází ke vzniku endometriózy [23,24]. Faktory umožňující implantaci a podporující přežití endometriálních buněk v peritoneální dutině byly popsány před více něž 20 lety [25,26]. Kromě retrográdní menstruace k nim patří: tvorba srůstů, proteolýza, proliferace, neuroangiogeneze, lokální produkce estrogenů, jizvení.

Desetiletí výzkumů napříč několika vědeckými obory (genetika, imunologie, molekulární biologie apod.) postupně upřesňovala zmíněné teorie o nové poznatky. V endometriálních stromálních buňkách u žen s endometriózou byly zaznamenány epigenetické změny způsobující progesteronovou rezistenci, zvýšení lokální koncentrace estrogenů (pod vlivem vyšších hladin aromatázy), snížení syntézy prostaglandinů a elevaci hladin prozánětlivých cytokinů a chemokinů [27]. Na vzniku a progresi onemocnění tak participuje několik mechanizmů: hormonální stimulace, alterace imunitního systému a funkce peritonea, vliv růstových faktorů, genetických a epigenetických změn.

Je zřejmé, že etiologie onemocnění je komplexní a k objasnění celé etiopatogeneze vede ještě dlouhá cesta. Je to dáno nejen složitostí problematiky, ale i limity výzkumu in vitro s nedostatečnými laboratorními modely a výzkumu in vivo narážejícího na etické potíže.

Nejzávažnější formou onemocnění je hluboká endometrióza, která infiltrativně roste 5 mm a více subperitoneálně a dochází ke vzniku pevných fibrózních srůstů mezi jednotlivými orgány (rektosigmoideum/děloha/adnexa) až k nevratnému orgánovému poškození. Jistý stupeň fibrózy byl zaznamenán i u ostatních forem endometriózy, u níž je spojována s manifestací symptomů bolesti i sterilitou [4]. Ukazuje se, že pokud bychom plně objasnili komplexní proces vedoucí k vystupňované fibróze u nejtěžších forem endometriózy (DE), mohlo by to v budoucnu vést k vývoji terapeutického přípravku s inhibičním účinkem na tento patologický proces [28]. Proto je hlavním cílem textu podat souhrn aktuálních poznatků o molekulárních mechanizmech účastnících se rozvoje fibrózy u endometriózy.

Mechanizmy vzniku fibrózy u endometriózy

Proces fibrózy u endometriózy je charakterizován nadměrným hromaděním komponent extracelulární matrix (ECM) uvnitř a v okolí poškozené či zánětlivé tkáně, což vede k tvorbě tuhé fibrózní tkáně a jizvení všech postižených orgánů. Ústřední roli ve fibrózních procesech hraje aktivace krevních destiček, makrofágů a myofibroblastů, což způsobí zvýšení hladiny transformující růstového faktoru (TGF-b) a následné ukládání kolagenu [29].

Za normální situace se ranná plocha hojí tak, že se na postiženém místě shlukují aktivované destičky, které vytvoří fibrinovou zátku a uvolní TGF-b. S narůstající akutní zánětlivou odpovědí organizmu se přidávají aktivované neutrofily, monocyty a makrofágy, dochází k proliferaci a aktivaci efektorových buněk, jež mají za úkol obnovit funkční bariéru (např. obnovit poškozené peritoneum) a spouští neoangiogenezi. V závěrečné fázi se uplatňují myofibroblasty, jejichž hlavním úkolem je ukládání extracelulární matrix, remodelace a reorganizace novotvořené tkáně a vytvoření jizvy [30,31]. Pokud dochází pouze k jednorázovému či minimálnímu poškození, zhojí se tkáň per primam. V opačném případě opakovaných inzultů (ReTIAR – repeated tissue injury) je proces hojení nedostatečný, což má za následek další hromadění ECM, permanentní jizvení, změnu architektoniky tkání a orgánové poškození [29]. Tak tomu je v případě endometriózy, kdy dochází k chronickému peritoneálnímu zánětu [32], který rezultuje v porušení dynamiky syntézy a degradace ECM. Dochází k akumulaci ECM, její komponenty se uspořádají pomocí kovalentních a nekovalentních vazeb, které určují výsledek jejich interakce se stromálními/zánětlivými buňkami. Exprese a funkce enzymů modifikujících ECM a stromální/zánětlivé buňky ovlivňují šíření ektopických či transformovaných buněk (endometriálních bb.), jejich difuzi v dutině břišní a jejich následné přichycení k serózním povrchům, současně specificky udržují vaskularizaci léze, a tím umožňují přežití i růst endometriálního ložiska [33].

Zhang et al. in vivo na animálních modelech prokázali, že aktivované destičky mají zásadní podíl na vzniku fibrózy u endometriózy. Výsledky jejich zkoumaní ukazují, že endometriální léze jsou v podstatě rány, které procházejí opakovaným poškozením a opravou tkáně (ReTIAR), dochází k novotvorbě „vysoce propustných“ cév, čímž je usnadněna extravazace a agregace trombocytů v novotvořené tkáni. Aktivované destičky samy produkují transformující růstový faktor b1 (TGF-b1), a tím spouštějí cestou TGF-b1/Smad3 epitelovou-mezenchymální tranzici (EMT – epithelial-to-mesenchymal transition), fibroblast-myofibroblastovou transdiferenciaci (FMT – fibroblast-myofibroblast transdifferentiation) a metaplazii hladkosvalových buněk (SMM – smooth muscle metapalsia) [34,35]. Výsledkem popsaných procesů je zvýšená kontraktilita a ukládání kolagenu v novotvořené tkáni a v konečném důsledku vzniká fibróza [36,37]. Zároveň aktivované destičky secernují molekuly potencující tranzici M1 makrofágů v populaci profibrotických makrofágů M2a se schopností syntetizovat ECM. K tomu trombocyty in vitro aktivují signální cestou TGF-b1/Smad3 EMT, FMT a in vivo produkují profibrotické působky TGF-b1 a vaskulární endotelový růstový faktor (VEGF), dále prozánětlivé cytokiny, tumor nekrotizující faktor a (TNFa), interleukin-1 (IL-1), interleukin-4 (IL-4) a interleukin-6 (IL-6) a lyzyloxidázy (LOxs, enzymy modifikující stavbu ECM), čímž opět indukují EMT, FMT a způsobují fibroprodukci [38,39]. Zvýšené hladiny TGF-b1 byly prokázány v peritoneální tekutině, séru, peritoneu a ektopickém endometriu pacientek s endometriózou v porovnání se zdravými ženami [40]. I další studie naznačují, že TGF-b1 se může na vzniku endometriózy, resp. fibrózy podílet jednak regulací EMT, a pak i indukcí změn buněčného metabolizmu endometriálních buněk, jež jim umožňují ektopicky přežít a proliferovat [41,42]. Bylo zjištěno, že TGF-b1 může inhibovat aktivitu NK-buněk (NK – natural killer) v peritoneální tekutině a potencovat angiogenezi cestou aktivace exprese VEGF-A v peritoneálních mezotelových buňkách a podporovat proliferaci buněk endometriomů [40,43].

Další velmi studovanou signální drahou, která se podílí na indukci EMT u endometriózy, je Wnt/b-kateninová signalizace. Wnt/b-katenin signální dráha zahrnuje skupinu proteinů, které hrají klíčovou roli v embryonálním vývoji a homeostáze tkání dospělého organizmu. Porucha regulace Wnt/b-kateninu signalizace často vede k různým závažným maligním i benigním onemocněním [44]. Recentní studie prokázaly signifikantně zvýšenou expresi genu WNT7A v endometriálních ložiscích. Exprese tohoto genu může příznivě ovlivňovat schopnost endometriálních buněk ektopicky přežít a implantovat se na peritoneálních površích. Navíc se zdá, že zvýšená sekrece Wnt2 v ektopických stromálních buňkách může parakrinním způsobem aktivovat růst epiteliálních buněk prostřednictvím signální dráhy Wnt2/b-katenin [45]. Dále se ukazuje, že estrogen by mohl zvyšovat expresi b-kateninu přímou vazbou na promotor b-kateninu v endometriálních lézích [46]. Stejně jako TGF-b je další úlohou signální dráhy Wnt/b-katenin u endometriózy indukce fibrózy.

Jako pravděpodobné se jeví, že signální dráhy TGF-b/Smad a Wnt/b-katenin mohou při indukci EMT a následné fibrózy kooperovat, avšak k úplnému objasnění vztahů mezi drahou Wnt/b-katenin a ostatními cestami indukce EMT je třeba dalšího výzkumu.

Potenciálně přínosné markery fibrózy u endometriózy

Jedná se o proteiny, které jsou up-regulovány v endometriální tkáni a účastní se kaskády dějů vedoucích k fibróze. Potenciálně bychom u těchto „biomarkerů“ mohli uvažovat o jejich využití v predikci progrese onemocnění či jejich využití v cílené terapii endometriózy.

Matrix metaloproteináza-9 (MMP-9)

Matrix metaloproteináza-9 (MMP-9) je enzym, který je zapojen v procesu degradace ECM a hraje klíčovou roli v její remodelaci a vzniku fibrózy u endometriózy. Studie prokázaly, že jeho exprese je zvýšena u endometriózy v eutopickém i ektopickém endometriu a zánětlivé cytokiny také up-regulují jeho expresi [47,48].

Alpha-Smooth Muscle Actin (ACTA2, α-SMA)

Alpha-Smooth Muscle Actin (ACTA2) je ukazatelem aktivity hladkých svalových buněk při fibróze. Kontinuální expozice endometriální léze aktivovaným trombocytům způsobuje zvýšení exprese ACTA2 a markerů diferencovaných buněk hladkého svalstva v endometriálních stromálních buňkách, konkrétně fibroblastech, což vede k jejich tranzici na myofibroblasty (FMT). FMT, SMM a fibrogeneze se podílejí na vzniku a růstu endometriotických lézí [34,49].

Fatty Acid-Binding Protein 4 (FABP4)

Mastné kyseliny vázající protein 4 (FABP4) je pleiotropní adipokin mající široké spektrum působení v rámci imunitního systému a metabolizmu. V současnosti je stále častěji přijímán fakt, že jeho dysfunkce se pojí s různými metabolickými syndromy, vč. obezity, diabetu, kardiovaskulárních onemocnění a metabolického zánětu. Jeho jednoznačná role v kontextu ženské reprodukce není plně objasněna, avšak bylo zjištěno, že zvýšené hladiny FABP4 v cirkulaci korelují s poruchami reprodukčních funkcí u žen se syndromem polycystických vaječníků a endometriózou [50].

Výzkum potvrdil, že exprese genu pro FABP4 je u žen s endometriózou významně zvýšená [51]. FABP4 je exprimován v endometriálních buňkách a s největší pravděpodobností má zásadní význam pro přežívání a růst těchto buněk mimo děložní dutinu a zachování jejich funkce [52]. Další klinické studie naznačují, že FABP4 může k rozvoji endometriózy přispět i nepřímo zvýšením exprese FABP4 a VEGF v tukové tkáni přiléhající k endometriálním lézím [53]. Hypoteticky by tedy FABP4 mohl podporovat tukovou fibrózu v rámci endometriózy. Na základě výše uvedeného lze říci, že FABP4 může přispívat k rozvoji endometriózy tím, že ovlivňuje zánětlivé pochody a metabolické poruchy jak systémově, tak lokálně.

Diskuze

Článek ukazuje komplexnost a složitost celé problematiky etiopatogeneze endometriózy. Na základě současných poznatků není dosud možné uvést, které ze zmíněných molekulárních faktorů a imunitních dějů hrají esenciální roli ve vzniku a progresi onemocnění a které naopak mají roli jen pomocnou. Zároveň není jasný vztah mezi těmito mechanizmy a klinickou manifestací, tedy intenzitou obtíží pacientek a sterilitou. Řada recentně probíhajících výzkumných projektů studujících genetické, epigenetické a molekulární pozadí dějů účastnících se vzniku endometriózy přináší své první výsledky [54], které, jak doufejme, jsou jednotlivými částmi mozaiky, které do sebe v budoucnu zapadnou a přinesou nám odpovědi na výše položené otázky, na než v současnosti nejsme schopni uspokojivě odpovědět.

Dalším neopomenutelným aspektem této problematiky je role jednotlivých markerů fibrózy v indukci FMT, v jejichž konečném důsledku vzniká fibróza (schéma 1). Pokud by se podařilo úlohy markerů fibrózy objasnit, znamenalo by to, že potenciálně bychom mohli uvažovat o inhibici jednotlivých signálních drah, a pokusit se tak o cílenou terapii endometriózy. Například se ukazuje, že pochody vedoucí k EMT, a tedy invazi a metastazování u kolorektálního karcinomu, se zdají být podobné pochodům indukujícím EMT u endometriózy skrze zvýšení exprese FABP4 v endometriálních buňkách [55]. V současnosti je znám inhibitor FABP4, a tedy hypoteticky bychom mohli uvažovat o jeho využití, avšak je třeba dalších zkoumání.

Závěr

Endometrióza jako velmi heterogenní onemocnění zahrnuje širokou škálu manifestace od minimálních nálezů drobných peritoneálních ložisek po rozsáhlé adhezivní procesy spojené s hlubokou endometriózou, zásadně měnící anatomické poměry v pánvi a dutině břišní. Je zřejmé, že imunitní buňky a jejich působky (prostaglandiny, chemokiny, cytokiny apod.) mají zásadní význam pro vznik, vaskularizaci a růst endometriální léze a indukci fibrózy. Identifikace a pochopení role jednotlivých molekulárních komponent, které se účastní kaskády dějů vedoucích ke vzniku fibrózy u endometriózy, se jeví jako zásadní krok, který by mohl otevřít cestu k novému terapeutickému přístupu v managementu endometriózy. Pokud bychom byli schopni identifikovat rizikové „biomarkery“ fibrózy u endometriózy, bylo by v budoucnu možné uvažovat o cílené terapii tohoto onemocnění či vytipování pacientek rizikových z progrese onemocnění, případně určení skupiny pacientek, jež budou nejvíce profitovat z operačního řešení. Vzhledem k vysoké prevalenci a charakteru onemocnění je další výzkum v této oblasti nezbytný.