Zdrav Vestn 2008; 77: 515–8
515
Pregledni prispevek/Review article
MOLEKULARNE OSNOVE PATOGENEZE ENDOMETRIOZE
MOLECULAR BASIS OF ENDOMETRIOSIS
Tina Šmuc,1 Martina Ribič-Pucelj,2 Tea Lanišnik-Rižner1
1 Inštitut za biokemijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani, Vrazov trg 2, 1000 Ljubljana 2 Ginekološka klinika, Univerzitetni klinični center Ljubljana, Šlajmerjeva 3, 1525 Ljubljana
Izvleček
Izhodišča
Zaključki
Ključne besede
Endometrioza je bolezen, pri kateri se endometrijske žleze s stromo pojavljajo tudi zunaj maternične votline. Bolezen je zelo pogosta, ocenjujejo, da se pojavlja kar pri 15 % žensk v rodnem obdobju. Endometriotično tkivo se lahko razraste po celotni peritonealni votlini (jajčniki, črevo, omentum), bolezenski simptomi pa so največkrat hude bolečine ob menstruaciji, 30–50 % povezane z neplodnostjo. Poznamo tri različne oblike endometrioze, ki predstavljajo ločene bolezni z različno etiologijo in patogenezo: peritonealno endometri-ozo, endometriozo jajčnika in globoko infiltrativno endometriozo. Patogeneza endome-trioze še ni dobro raziskana, znano pa je, da je endometrioza od hormonov odvisna bolezen, velik vpliv imajo genetski in imunološki dejavniki, pa tudi okolje.
Pregledni članek obravnava in razlaga procese, ki so moteni pri bolnicah z endometriozo. Poznavanje molekularnih osnov patogeneze endometrioze bo v prihodnosti pripomoglo k novim načinom diagnosticiranja in zdravljenja te bolezni.
pripenjanje celic; razgradnja zunajceličnega matriksa; angiogeneza; metabolizem in delovanje steroidnih hormonov; imunski odziv
Abstract
Background
Conclusions
Key words
Endometriosis is defined as the presence of endometrial glands and stroma within extrauterine sites. Estimations show that up to 15 % of women in their reproductive age are affected. Extrauterine endometrial tissue can be found on the pelvic peritoneum, on the ovaries, in the rectovaginal septum, and more rarely, in the pericardium and pleura forming three different entities: peritoneal endometriosis, ovarian endometriosis and deep endometriotic nodules of the rectovaginal septum. Symptoms for endometriosis may include painful and/or heavy periods, pain during intercourse, pelvic pain, 30–50 % reduced fertility and low back pain. Pathogenesis of endometriosis is not yet fully understood. It is well known that endometriosis is an estrogen-dependent disease, with distinctive genetic, immunological and environmental risk factors.
The review focuses on different cell processes which are disturbed in endometriosis patients. A better understanding of the molecular basis of endometriosis will aid in identification of molecular markers and novel drug targets in the future, providing better diagnostics and treatment.
cell adhesion; structural changes of extracellular matrix; angiogenesis; metabolism and action of steroid hormones; immune system
Avtorica za dopisovanje / Corresponding author:
Izr. prof. dr. Tea Lanišnik-Rižner, Inštitut za biokemijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani, Vrazov trg 2, 1000 Ljubljana, Slovenia, tel.: 01 / 543 76 57, fax: 01 / 543 76 41, e-mail: tea.lanisnik-rizner@mf.uni-lj.si
516
Zdrav Vestn 2008; 77
Uvod
Endometrioza je bolezen, pri kateri se endometrijske žleze s stromo pojavljajo tudi zunaj maternične votli-ne.1 Bolezen je zelo pogosta, ocenjujejo, da se pojavlja kar pri 15 % žensk v rodnem obdobju.1 Endometri-otično tkivo se lahko razraste po celotni peritonealni votlini (jajčnik, črevo, omentum).2 Morfološko in histološko ločimo tri oblike endometrioze, ki predstavljajo ločene bolezni z različno etiologijo in patogene-zo: peritonealno endometriozo, endometriozo jajčnika in globoko infiltrativno endometriozo.3 Bolezenski simptomi so največkrat hude bolečine ob menstruaciji, v 30–50 % pa so povezane z neplodnostjo.4 Endometriozo lahko diagnosticiramo le z invazivni-mi diagnostičnimi postopki: laparoskopijo in laparo-tomijo.1
Patogeneza endometrioze še ni dobro raziskana. Obstaja več teorij, ki bolj ali manj razložijo nastanek različnih oblik endometrioze.1 Najbolj razširjena Samso-nova teorija trdi, da prihaja do presaditve endometri-otičnega tkiva zaradi procesa, imenovanega retrogradna menstruacija.1, 4 Med menstruacijo gre namreč del menstruacijske krvi preko jajcevodov v trebušno vo-tlino.1, 4 Druga teorija, teorija metaplazije celomskega epitela, razlaga nastanek endometrioze s preoblikovanjem celic seroznih membran.5 Degenerirani menstruacijski endometrij sprošča faktorje, ki inducirajo metaplazni proces seroznega epitela jajčnikov in me-zotelija.5 Tako nastane tkivo z značilnimi endometrij-skimi žlezami in stromo.5 Tretja teorija pravi, da lahko celice endometrija transplantirajo na ektopična mesta tudi po limfnih poteh ali po krvi.1, 4 Take celice imajo določene sposobnosti, ki jim omogočajo im-plantacijo v tujem okolju.1, 4 Te lastnosti so bile delno dokazane v celicah endometrija, ki so jih osamili iz svetline jajcevodov in iz peritonealne tekočine z metodo »supravital staining«, ki omogoča zaznavanje živih celic.1, 4 Četrta teorija razlaga, da moteno delovanje imunskega sistema, ki neuspešno odstranjuje en-dometrijsko tkivo iz peritonealne votline, omogoča, da to tkivo na ektopičnih mestih preživi.4 Celice endometriotičnega tkiva bolnic z endome-triozo imajo torej določene lastnosti, ki jim omogočajo preživetje na ektopičnih mestih.4 Ugotovili so, da so pri bolnicah z endometriozo moteni različni biološki procesi in poti, kot so: pripenjanje celic, razgradnja zunajceličnega matriksa, metabolizem in delovanje steroidnih hormonov, angiogeneza, imunski odziv.1, 4, 5
Pripenjanje celic
Proces pripenjanja celic zunaj maternične votline je zelo pomemben za nastanek endometrioze.5 Endo-metriotični fragmenti se pripenjajo le na poškodovane mezotelijske membrane zunaj maternične votline.5 Zdrav mezotelij tako lahko služi kot pregrada in prepreči adhezijo in implantacijo endometrijskih celic, vendar pa lahko celice endometrija sprožijo morfološke spremembe mezotelija in tako same sebi pripravijo primerno okolje za pripenjanje in implantaci-jo.5 Proteini, ki omogočajo pripenjanje, so transmem-
branski receptorji, ki omogočijo znotrajcelične interakcije in interakcije celic z zunajceličnim matriksom.6 Med tovrstne proteine uvrščamo tudi integrine, družino receptorjev za molekule, ki se nahajajo na površinah celic.6 Integrini se izražajo tako v evtopičnem kot v ektopičnem endometriotičnem tkivu.6 Izražanje integrinov uravnavajo hormoni in integrin ß3 se celo uporablja kot molekularni označevalec maternične sposobnosti za sprejemanje embria.7 V ektopičnem endometriotičnem tkivu pa izražanje integrinov ni odvisno od faze menstruacijskega cikla.8 Zaradi nenadzorovanega izražanja različnih integrinov, npr. inte-grina ß3, prihaja do vzpostavljanja interakcij med celicami in matriksom, kar omogoča nastanek in razvoj endometrioze.8, 9 Tudi druge molekule, ki sodelujejo pri migraciji in pripenjanju celic, so različno izražene pri endometriozi (LAMA1 [laminin ?1], CTHRC1[col-lagen triple helix repeat containing 1], ARGAP25 [Rho GTPase activating protein 25], ADAM23 [A disintegrin and metalloproteinase domain 23]), kar še dodatno vpliva na pripenjanje celic.9
Razgradnja zunajceličnega matriksa
Endometrij se zaradi cikličnega spreminjanja koncentracije estrogenov in progesterona spreminja. Pri menstruaciji se zunajcelični matriks (ECM) razgradi zaradi delovanja metalomatriks proteinaz (MMP). MMP pa lahko z uravnavanjem proteinov ECM vplivajo tudi na osnovne celične funkcije, kot so proliferacija, diferenciacija, apoptoza.5, 10 Izražanje proteinaz MMP1, MMP2, MMP3, MMP7, MMP9, odgovornih za fiziološke spremembe endometrija, uravnavajo ovarijski hormoni, IL1 (interlevkin 1), TNF? (tumor necrosis factor ?) in TGFß (transforming growth factor ß).5 Ker igrajo MMP pomembno vlogo pri razgrajevanju ECM že pri normalnem endometriju, so v primeru nenadzorovanega izražanja pomembne tudi pri uspešni vsa-ditvi endometriotičnega tkiva zunaj maternice.5 Poleg kliničnih opažanj, da so celice endometrija zelo invazivne, so tudi molekularne in biokemijske raziskave potrdile, da se pri teh celicah čezmerno izražajo različne MMP, zato se razgradnja ECM poveča, s tem pa se omogoči implantacija endometrijskega tkiva na ektopičnih mestih.10 Pomembno vlogo pri kontroli delovanja MMP imajo tudi inhibitorji metaloproteinaz (TIMP).11 Razmerje med prisotnostjo MMP in njihovimi inhibitorji je ključno pri uravnavanju invazivnosti in metastaziranju celic pri različnih tipih raka.12 Tudi v endometriotičnem tkivu so opazili zmanjšano izražanje TIMP1 in TIMP2, kar še dodatno vpliva na razgradnjo matriksa.13, 14 Raziskave pa so tudi pokazale, da je pri endometriozi jajčnika zmanjšana raven MMP in povečana raven TIMP.15 Ko je endometriotična cista jajčnika že razvita, se količina proteinov, potrebnih za razgradnjo matriksa, zmanjša, poveča pa se količina proteinov, ki sodelujejo pri izgradnji ECM.9, 15
Angiogeneza
Ožiljanje v zdravem endometriju uravnavajo različni angiogeni faktorji. Podroben mehanizem še ni znan, lahko pa poteka po štirih različnih poteh.16 Najpomembnejšo vlogo pri vaskularizaciji ima VEGF (vas-
Šmuc T, Ribič-Pucelj M, Lanišnik-Rižner T. Molekularne osnove patogeneze endometrioze
517
cular endothelial growth factor), ki poleg delovanja na endotelijske celice vpliva tudi na prehodnost žil in na vnetni odziv.16 Znano je, da steroidni hormoni jajčnika uravnavajo izražanje VEGF, saj se le-ta v endo-metriju izraža v skladu z menstruacijskim ciklom.17 V proliferativni fazi estradiol sproži izražanje VEGF v epitelijskih celicah, vpliv progesterona v sekrecijski fazi na izražanje tega dejavnika ožiljanja pa je počasnejši in šibkejši.16
Ožiljanje ektopičnega tkiva je zelo pomembno pri nastanku, razvoju in obstanku endometriotičnega tkiva zunaj maternice.5, 17 Pri peritonealni endometriozi so zaznali višjo raven VEGF-A pri zgodnjih, bolj ožilje-nih zunajmaterničnih endometriotičnih tvorbah, raven je bila višja tudi pri ženskah s hujšo obliko endo-metrioze. Pri kasnejših stadijih peritonealne endome-trioze pa žile dozorijo in prenehajo izločati dejavnike, ki pospešujejo nastanek novih žil.17 Pri endometriozi jajčnika pa je bila raven VEGF mRNA nižja v primerjavi s kontrolno skupino, vendar pa so bili prisotni drugi dejavniki ožiljanja (EDIL3 [EGF-like repeats, I-like domains 3], EDG1 [endothelial differentiation, sphingolipid G-protein-coupled receptor 1], PTGIR [prostaglandin I2 {prostacyclin} receptor {IP}]). Za globoko infiltrativno endometriozo velja, da je tkivo sicer dobro ožiljeno, ampak ne sprošča dodatnih pro-angiogenih dejavnikov.17
Mehanizem in delovanje steroidnih hormonov
Endometrioza je hormonsko odvisna bolezen. Ekto-pično endometriotično tkivo je prav tako kot evto-pično odvisno od estradiola: estradiol stimulira rast, medtem ko progesteron stimulira diferenciacijo celic.1 Kljub visoko sofisticiranemu endokrinemu sistemu pri človeku pa se velik del spolnih hormonov sin-tetizira tudi v perifernem tkivu.18 Pri višjih primatih jajčniki in testisi niso edini vir androgenov in estroge-nov, ampak se steroidi v veliki meri sintetizirajo lokalno v perifernih tkivih iz neaktivnih androgenov nadledvične žleze.18, 19 Pri endometriozi je že dolgo znano, da je čezmerno izražena aromataza ključni encim pri pretvorbi androstendiona ali testosterona v estron oziroma estradiol.20 Klinične raziskave so pokazale, da je zdravljenje endometrioze z inhibitorjem aromataze pri nekaterih bolnicah uspešno.21 Pri endometriozi pa je lokalni metabolizem estrogenov in progesterona še dodatno moten.2224 Raziskave na ravni mRNA in na ravni proteinov so pokazale, da se v endometrioznem tkivu čezmerno izražajo encimi, ki sodelujejo pri sintezi estradiola (17ß-HSD tip 1, 5, 7, sulfataza), zmanjšano pa se izražajo encimi, ki so odgovorni za pretvarjanje estradiola v manj aktivno obliko estron (17ß-HSD tip 2, 4). Prav tako je v endometrioznem tkivu spremenjeno izražanje estrogenskih in progesteronskih receptorjev, vendar pa še ni znano, ali estradiol deluje preko estrogenskih receptorjev ali preko drugih signalnih poti.2325
Imunski sistem in vnetni proces
Imunski odziv je zelo pomemben pri nastanku in napredovanju endometrioze.4 Menstruacijski tok preko jajcevodov v trebušno votlino sproži vnetni odziv.4, 25
Pri bolnicah z endometriozo se celice endometrija zunaj maternice izognejo delovanju imunskega sistema in ostanejo na ektopičnih mestih.26 Pri teh bolnicah so v peritonealni tekočini (PT) prisotni proteini vnetnega procesa, povečan je volumen PT in koncentracija levkocitov.4, 26 Zaradi povišane koncentracije kemo-atraktanta proteina RANTES (regulated on activation, normal T expresses and secreted) je povišano število makrofagov, ki izražajo citokine (Il-1, IL-6, IL-8, TNF?), ti pa vplivajo na ugodno mikrookolje za implantacijo celic endometrija in nastanek endometrioze.4 Nesposobnost imunskega sistema, da posreduje signale, ki bi posredno onemogočili preživetje celic en-dometrija zunaj maternice, je ključno pri nastanku bo-lezni.26 Protein ICAM1 igra pomembno vlogo pri vnetnem odzivu, celicam endometrija na ektopičnih mestih pa omogoča preživetje.27 Limfociti se lahko pripnejo na celice preko ICAM1 (intercellular adhesion molecule 1 [CD54], human rhinovirus receptor) odgovorne poti in označijo celice endometrija zunaj maternične votline za celice ubijalke.27 Raziskave pa so pokazale, da endometriotično tkivo zunaj maternice izloča večje količine topnega ICAM1 (sICAM1).27 Ta lahko prav tako veže limfocite, ker pa je topen, zaščiti celice pred imunskim sistemom.27 Pri endometriozi jajčnika pa je moten tudi komplementni sistem.9 Izražanje C3 (complement component 3), glavnega proteina alternativne poti, in C4 (complement component 4A), fragmenta, ki nastane pri aktiviranju klasične poti, je povečano, medtem ko je mRNA raven regulatorja HF1 (H factor 1 [complement]) zmanjšana.9 Študije so pokazale tudi povečane količine genov mRNA, ki sodelujejo pri vnetnem odzivu, avtoimunih boleznih in genov, ki imajo pomemembno vlogo pri
zaščiti gostitelja.9
Zaključki
Patogeneza peritonealne endometrioze, endometri-oze jajčnika in globoke infiltrativne endometrioze vključuje motnje v različnih bioloških procesih, kot so: pripenjanje celic, razgradnja zunajceličnega ma-triksa, angiogeneza, metabolizem in delovanje stero-idnih hormonov, imunski odziv in vnetni proces. Poznavanje molekularnih osnov patogeneze teh treh oblik endometrioze bo v prihodnosti omogočilo odkriti biološke označevalce in nove tarče za razvoj zdravilnih sredstev, ki bodo uveljavile zgodnejše diagno-sticiranje endometrioze in nove oblike zdravljenja, ki bo prilagojeno posameznim bolnicam.
Literatura
1.  Olive DL, Barrie Schwartz L. Endometriosis. New Eng J Med 1993; 328: 1759–69.
2.  Berkley KJ, Rapkin AJ, Papka RE. The pains of endometriosis. Science 2005; 308: 1587–9.
3.  Nisolle M, Donnez J. Peritoneal endometriosis, ovarian endo-metriosis, and adenomyotic nodules of the rectovaginal septum are three different entities. Fertil Steril 1997; 68: 585–96.
4.  Giudice LC, Kao LC. Endometriosis. Lancet 2004; 364: 1789–99.
5.  Nap AW, Groothuis PG, Demir AY, Evers JLH, Dunselman GAJ. Pathogenesis of endometriosis. Best Practise & Res Clin Obstet Gynaecol 2004; 18: 233–44.
518
Zdrav Vestn 2008; 77
6.  Klemt PAB, Carver JG, Koninckx P, McVeigh EJ, Ardon HJ. Endo-metrial cells from women with endometriosis have increased adhesion and proliferative capacity in response to extracellular matrix components: towards a mechanistic model for endo-metriosis progression. Hum Reprod 2007; 22: 3139–47.
7.  Ota H, Tanaka T. Integrin adhesion molecules in the endometrial glandular epithelium in patients with endometriosis or adeno-myosis. J Obstet Gynaecol Res 1997; 23: 485–91.
8.  Regidor PA, Vogel C, Redigor M, Schindler AE, Winterhager E. Expression pattern of integrin adhesion molecules in endo-metriosis and human endometrium. Hum Reprod Update 1998; 4: 710–8.
9.  Šmuc T, Guggenberger C, Ribič-Pucelj M, Šinkovec J, Husen B, Thole H, et al. Gene expression study of differences between ectopic and eutopic endometrium. Unpublished work 2007.
10.  Mizumoto H, Saito T, Ashihara K, Nishimura M, Takehara M, Tanaka R, et al. Expression of metalloproteinases in ovarian endometriomas: immunohistochemical study and enzyme immunoassay. Life Sci 2002; 71: 259–73.
11.  Nagase H, Visse R, Murphy G. Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMP. Cardiovasc Res 2006; 69: 562–73.
12.  Zhao YG, Xiao AZ, Park HI, Newcomer RG, Yan M, Man YG. Endometase/matrilysin-2 in human breast ductal carcinoma in situ and its inhibition by tissue inhibitors of metalloproteina-ses-2 and -4: a putative role in initiation of breast cancer invasion. Cancer Res 2004; 64: 590–8.
13.  Szamatowicz J, Laudiński P, Tomaszewska I. Matrix metallopro-teinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1: a possible role in pathogenesis of endometriosis. Hum Reprod 2002; 17: 284–8.
14.  Chung HW, Lee JY, Moon HS, Hur SE, Pak MH, Wen Y, et al. Matrix metalloproteinases, membranous type 1 matrix metallo-proteinase, and tissue inhibitor of metalloproteinase-2 expression in ectopic and eutopic endometrium. Fertil Steril 2002; 78: 787–95.
15.  Ramón L, Gilabert-Estellés J, Castelló R, Gilabert J, Espańa F, Romeu A, et al. mRNA analysis of several components of the plasminogen activator and matrix metalloproteinase system in endometriosis using real-time quantitative RT-PCR assay. Hum Reprod 2005; 20: 272–8.
16.  Van Langendonckt A, Donnez J, Defrere S, Dunselman GAJ, Groothuis PG. Antiangiogenic and vascular-disrupting agents in endometriosis: pitfalls and promises. Mol Hum Reprod 2008; 14: 259–68.
17.  McLaren J. Vascular endothelial growth factor and endometrio-tic angiogenesis. Hum Reprod Update 2000; 6: 45–55.
18.  Labrie F, Luu-The V, Lin SX, Simard J, Labrie C, El-Alfy M, et al. Intracrinology: role of the family of 17ß-hydroxysteroid de-hydrogenases in human physiology and disease. J Mol Endo-crinol 2000; 25: 1–16.
19.  Vikho P, Harkonen P, Soronen P, Torn S, Herrala Kurkela R, Pulkka A, et al. 17ß-hydroxysteroid dehydrogenase-their role in pathophysiology. Mol Cell Endocrinol 2004; 215: 83–5.
20.  Bulun SE, Zeitoun KM, Takayama K, Sasano H. Estrogen biosynthesis in endometriosis: molecular basis and clinical relevance. J Mol Endocrinol 2000; 25: 35–42.
21.  Patwardhan S, Nawathe A, Yates D, Harrison GR, Khan KS. Systematic review of the effects of aromatase inhibitors on pain associated with endometriosis. BJOG 2008, 115: 818–22.
22.  Zeitoun K, Takayama K, Sasano H, Suzuki T, Moghrabi N, An-dersson S, et al. Deficient 17ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 expression in endometriosis: failure to metabolize 17ß-estradiol. J Clin Endocrinol Metab 1998; 83: 4474–80.
23.  Šmuc T, Ribič-Pucelj M, Šinkovec J, Husen B, Thole H, Lanišnik-Rižner T. Expression analysis of the genes involved in estradiol and progesterone action in human ovarian endometriosis. Gyne-col Endocrinol 2007; 23: 105–11.
24.  Dassen H, Punyedeera C, Kamps R, Delvoux B, Van Langen-donckt A, Donnez J, et al. Estrogen metabolizing enzymes in endometrium and endometriosis. Hum Reprod 2007; 22: 3148– 58.
25.  Matsuzaki S, Murakami T, Uehara S, Canis M, Sasano H, Oka-mura K. Expression of estrogen receptor alpha and beta in peritoneal and ovarian endometriosis. Fertil Steril 2001; 75: 1198– 205.
26.  Kyama CM, Debrock S, Mwenda JM, D’Hooghe TM. Potential involment of the immune system in the development of endo-metriosis. Reprod Biol Endocrinol 2003; 1: 123.
27.  Van de Stolpe A, Van der Saag PT. Intercellular adhesion mole-cule-1. J Mol Med 1999; 74: 13–33.
Prispelo 2007-11-27, sprejeto 2008-06-27