Метаболиты эстрадиола и патологические процессы..
Большинство метаболитов эстрогенов выделяются с мочой в связанной с белками плазмы форме, ~ 20% из них обнаруживаются в желчи. Скорость метаболического клиренса эстрадиола составляет приблизительно 1,0 л/мин, тогда как скорость утилизации эстрона — 1,5 л/мин. Поскольку эти эстрогены метаболизируются по сходным механизмам, это различие отражает, вероятно, более сильное связывание с сывороточными белками эс традиола, нежели эстрона.
Эстрогены оказывают множественное влияние на жен ский организм. Основное их предназначение (совместно с прогестероном и гонадотропинами) заключается в контро ле развития и функционирования женской репродуктив ной системы и обеспечении всего комплекса мероприятий, направленных на подготовку женского организма к бере менности, вынашиванию плода и родам, а именно: разви тие вторичных половых признаков, появление полового влечения, обеспечение выхода яйцеклетки в половые пути и возможность его оплодотворения после овуляции, структурные изменения в тканях половой системы (проли ферация эпителия слизистой оболочки влагалища), сохра нение кислого рН среды, гипертрофия и ритмические со кращения матки, развитие молочных желез, распределе ние подкожного жира, характерного для женского типа.
Помимо этого, эстрогены участвуют в регуляции метабо лизма костной ткани (поддержание прочности и предотвра щение резорбции костей), выделительной системы (регуля ция водно-солевого обмена), а также в функционировании сердечно-сосудистой (понижение уровня циркулирующих в крови липидов и защита от атеросклероза) и нейроэндокринной систем. Отрицательное влияние эстрогенов выра жается в стимуляции канцерогенеза в гормон-зависимых
ГЛАВА 3
зации андростендиона в других тканях, преимущественно в жировой. Эстриол — наименее активный из трех указан ных эстрогенов (2-4 % от активности эстрадиола) — у не беременных женщин образуется лишь при метаболиче ской деградации эстрона и эстрадиола. Однако он играет важную роль при беременности, и плацента производит значительные количества данного гормона.
Эстрадиол — главный эстроген, синтезируемый в яич никах. В среднем в организме женщины репродуктивного возраста продуцируется несколько сот микрограммов эс традиола в сутки. Время полужизни данного гормона со ставляет около трех часов (22). Кроме эстрогенов, фол ликул яичника секретирует ряд других половых гормонов, в частности 17 -гидроксипрогестерон и несколько андрогенов, основным из которых является андростендион.
Синтез и секреция эстрогенов регулируются лютеинизирующим и фолликулостимулирующим гормонами гипо физа. В свою очередь, эстрогены индуцируют овуляторный выброс лютеинизирующего гормона.
У женщин отмечаются два пика секреции эстрогенов — во время овуляции и в период максимальной активности желтого тела (30-40 мкг/мл). Во время беременности со держание эстрогенов в плазме крови повышается до 7080 мкг/мл за счет их биосинтеза в плаценте.
Продукты обмена эстрогенов экскретируются в виде эфиров с серной или глюкуроновой кислотами, синтези руемыми в печени, причем эстриол выделяется преимуще ственно в виде глюкуронида, а эстрон — в виде эфира с серной кислотой. Главными продуктами являются С-3- глюкозидуронаты эстрона и 2-оксиэстрона, а также эстронсульфат, этерифицированный по С-3.
Метаболиты эстродиола и патологические процессы
вании, а не в окислительном фосфорилировании. Элек троны NADPH, обладающие высоким энергетическим по тенциалом, переносятся на флавопротеин этой цепи; за тем они передаются на адренодоксин, белок, содержа щий негемовое железо. Адренодоксин переносит элек троны на окисленную форму цитохрома Р-450, после че го восстановленная форма Р-450 активирует 0 2 . Система
цитохромов Р-450 играет важную роль в обезвреживании чужеродных (ксенобиотических) соединений, что увели чивает их растворимость и облегчает выведение из орга низма. Так же, как и в случае с эстрогенами, введение гидроксильных групп позволяет присоединить затем к этим молекулам полярные группы (глюкуронат или сульфат), существенно увеличивающие растворимость модифици рованных ароматических молекул.
Превращение тестостерона в эстрадиол включает три стадии ферментативного гидроксилирования, в которых (при образовании одной молекулы эстрогена) участвуют три молекулы 02 и три молекулы NADPH. Первое и вто рое гидроксилирования происходят по С^-метильной
группе; при этом последовательно образуются 19-оксите- стостерон и 19-(альдегид)-производные. Третье гидроксилирование, осуществляемое по С-2, является скоростьлимитирующей стадией процесса ароматизации и приво дит к продукту, который быстро и неферментативно пре вращается в эстрадиол.
Два типа эстроген индуцированного канцерогенеза
Влияние эндокринной системы на процессы опухолеобразования было обнаружено еще до появления самого
ГЛАВА 3
органах и тканях. Являясь ключевыми индукторами и про водниками внутриклеточных пролиферативных сигналов, эстрогены (главным образом эстрадиол) при определенных условиях способны стимулировать рост доброкачествен ных и злокачественных опухолей в эпителии молочной же лезы, эндометрии и шейке матки, эпителии и эндотелии сли зистых (гортань, пищевод, прямая кишка).
Биосинтез эстрогенов и прогестерона
Первоначальным источником половых гормонов явля ется холестерин. Холестерин подвергается последова тельным реакциям гидроксилирования, окисления и от щепления боковой цепи с образованием прегненолона. Непосредственными предшественниками эстрона и эстрадиола являются андрогены — андростендион и тестосте рон (рис. 3), которые подвергаются уникальной реакции ароматизации C-jg-стероидов.
Реакция ароматизации А-кольца с одновременным удалением метильной группы в положении С-19 является ключевой стадией в синтезе эстрогена. Эти превращения катализируются ферментом оромотозой (изоформой цитохрома Р-450) в присутствии NADPH и 02 и происхо дят в гладком эндоплазматическом ретикулуме. Актив ность ароматазы находится под гормональным контро лем. Таким образом, как первая, так и последняя стадии синтеза эстрогена регулируются.
Ферменты — представители семейства цитохромов Р-450 — представляют собой конечные компоненты цепи переноса электронов, обнаруженной в митохондриях надпочечников и в микросомах печени. Роль данной си стемы цитохромов состоит прежде всего в гидроксилиро-
Метаболиты эстродиола и патологические процессы...
В пользу этой концепции говорят и классические на блюдения, и представления о факторах риска и гормо нально-метаболической предрасположенности к разви тию опухолей, и многочисленные эпидемиологические и лабораторные данные.
Как известно, в тканях женской репродуктивной систе мы ежемесячно происходят колебания митотической кле точной активности, регулируемые ритмическими измене ниями уровня половых гормонов. В первой (т.н. пролиферативной) фазе менструального цикла секретируемый яичниками эстроген индуцирует пролиферацию клеток эндометрия, гибнущих во время менструации. Аналогич но, каждый менструальный цикл эстроген стимулирует пролиферацию внутреннего слоя эпителиальных клеток протоков молочной железы, впоследствии также подвер гающихся апоптозу. Всего в течение приблизительно 40-летнего репродуктивного периода в организме женщи ны осуществляется несколько сотен подобных циклов.
Попадая в клетку, эстроген (Е) активирует эстрогеновый рецептор (ER), находящийся в цитоплазме в неактив ном состоянии. Взаимодействие гормона с рецептором активирует последний и способствует его проникновению в ядро. Попав в ядро, гормон-рецепторный комплекс сти мулирует экспрессию т.н. эстроген-зависимых генов, сре ди которых большая часть прямо или опосредованно кон тролирует клеточную пролиферацию, а также повышает чувствительность клеток к факторам, активирующим ги перпластические процессы (рис. 4).
Регулярно повторяющиеся циклы эстроген-индуциро- ванного клеточного деления могут двояко влиять на ра звитие опухолевого процесса в гормон-зависимых тка нях. Во-первых, пролиферировать под действием эстро-
ГЛАВА 3
термина «гормон». Это произошло в 1896 г., когда британ ский хирург Г.Т. Битсон, удалив яичники у больных раком молочной железы, добился регресса опухолей и тем са мым доказал зависимость роста последних от субстанций, продуцируемых этими половыми железами. Впоследствии канцерогенный эффект женских половых гормонов эстро генов (уже после их открытия) был установлен и для дру гих гормон-зависимых органов. В настоящее время уча стие эстрогенов в развитии неопластических процессов в тканях женской репродуктивной системы (эпителий мо лочной железы, эндометрий и шейка матки) общепризна но и рассматривается как один из ведущих этиологических факторов их возникновения (25, 27, 30).
Согласно современным представлениям, эстрогены могут быть как промоторами, так и инициаторами много ступенчатого процесса опухолеобразования. В соответ ствии с этим различают два основных типа гормонального эстроген-индуцированного канцерогенеза: «промоторный» (или физиологический) и «генотоксический».
Концепция об участии эстрогенов в промоции роста опухолей, формировавшаяся на протяжении нескольких десятилетий, считается традиционной. В большинстве пу бликаций, посвященных данной тематике, эстрогены рас сматриваются исключительно в качестве кофакторов, усиливающих клеточное деление (стадию промоцию). Та кой вариант гормонального канцерогенеза иногда назы вают физиологическим, поскольку он базируется на есте ственных, физиологических, гормон-зависимых реакци ях, регулирующих рост тканей и закрепленных (в том чи сле, в процессе естественного отбора) за выполнением именно этих функций.
Метаболиты эстродиоло и патологические процессы...
ганах и тканях (рис. 5). Все эти факторы могут иметь зна чение при оценке гормонального статуса пациентки и вы боре методов антиэстрогенной терапии гормон-зависи мых опухолей.
Концепция «генотоксического» эстроген-индуцирован- ного канцерогенеза начала формироваться относительно недавно, приблизительно со второй половины 80-х годов. Однако с каждым годом появляется все больше работ, под тверждающих способность эстрогенов и/или их метаболи тов повреждать ДНК: образовывать аддукты, усиливать расплетение ее цепей, инициировать разрывы и т.д., что может приводить к другим, более специфическим (пробластомогенным) изменениям на уровне клеточного генома.
В модельной системе клеток дольково-протокового эпителия молочных желез мышей и человека установле но, что, помимо катехолэстрогенов (4-гидроксиэстрона), генотоксическими свойствами обладает и 16-а-гидрокси- производное эстрадиола (47).
Оказалось, что, кроме того, что метаболиты эстроге нов могут увеличивать доступность хроматина к влиянию истинных канцерогенов, модифицировать метаболиче скую активацию последних и элиминацию организмом инициированных клеток, действуя по генотоксическому механизму, они способны усиливать образование свобод ных радикалов, связанное с этим окислительное повреж дение клеточных мембран, формировать ковалентные ад дукты с ДНК, вызывать гормон-зависимую индукцию ДНК-аддуктов с последующей активацией протоонкогенов и ослаблять репарацию повреждений генома. Есть данные, что под влиянием эстрогенов может ослабляться репарация повреждений ДНК, индуцированных и другими соединениями.
ГЛАВА 3
генов могут уже малигнизированные (подвергнувшиеся действию внешнего канцерогена или имеющие набор терминальных мутаций) клетки, пролиферация которых приводит к формированию «опухолевого клона». Одна ко чаще всего имеет место другая ситуация. Периодиче ски повторяющиеся циклы клеточного деления неизбеж но повышают частоту появления новых, спонтанных мута ций (особенно с увеличением возраста женщины, а также при наличии других факторов риска). При условии нако пления от 3 до 7 подобных генетических ошибок, не лик видированных иммунной и/или репаративными клеточ ными системами, эстроген-зависимая пролиферация трансформированных клеток также приведет к образо ванию опухоли. При этом инициатор опухолевого про цесса, в его традиционном понимании, во втором случае отсутствует.
Говоря об участии эстрогенов в канцерогенезе в каче стве «промоторов», необходимо учитывать колоссаль ные изменения, произошедшие за последние 10-15 лет в понимании молекулярно-генетических механизмов дей ствия эстрогена на гормончувствительные клетки, а именно экспериментально установленные: 1) множе ственность изоформ (ядерных а-, (5- и неядерных мем бранных) эстрогеновых рецепторов, имеющих различ ные (часто противоположные) биологические функции;
2)участие в проведении гормон-индуцируемых внутри ядерных сигналов факторов транскрипции, обладающих различной специфичностью в отношении связывания с молекулой ДНК и экспрессии эстроген-зависимых генов;
3)полиморфизм генов, кодирующих рецепторы эстроге нов, как этиологический фактор опухолеобразования; 4) широкое распределение эстрогеновых рецепторов в ор-
Метаболиты эстрадиола и патологические процессы.
торый затем реагирует с глюкуроновой кислотой и экскретируется.
Основной же пул эндогенных эстрогенов утилизирует ся с помощью реакций гидроксилирования эстрона — продукта превращения эстрадиола, осуществляемых по средством изоферментов, принадлежащих к уже упоми навшейся нами монооксигеназной системе цитохромов Р-450. Изоферменты цитохромов Р-450 (CYP1B1 и CYP1A1) обеспечивают конверсию эстрадиола в два ос новных его метаболита: 16а-гидроксиэстрон (16а-0НЕ1) и 2-гидроксиэстрон (2-0НЕ1) (рис. 6). Полигидроксипроизводные эстрона, как мы уже говорили, конъюгируют с глюкуронатом или сульфатом или подвергаются реакции О-метилирования в присутствии S-аденозилметионина, катализируемой относительно неспецифической кате- хол-0-метилтрансферазой. После чего метоксипроизводные и их конъюгаты выводятся с мочой и через желчевыводящие пути (18).
Показано, что 1ба-гидроксиэстрогены — эстриол и 16а-гидроксиэстрон — проявляют утеротропную актив ность, сравнимую с таковой у эстрадиола (12, 31). 16агидроксиэстрон (1ба-0НЕ1) превращается в эстриол с помощью 17-ОН-стероиддегидрогеназы, который затем связывается с белками плазмы и выводится из организ ма. 2-0НЕ1 или сразу связывается с сывороточными белками, или предварительно превращается в 2- метоксиэстрон.
Цитохром Р-450 1А1 (CYP1A1), катализирующий 2-ги- дроксилирование эстрона, является индуцибельным фер ментом. В больших количествах CYP1A1 локализован в микросомальнои фракции печени и активируется в ответ на некоторые пищевые ингредиенты, а также на сигарет-
ГЛАВА 3
По мнению некоторых авторов, в случае эстроген-ин- дуцированного канцерогенеза равновероятно вовлечение в процесс обоих его типов — физиологического (где гор моны выступают в качестве митогенов и (или) промото ров) и генотоксического (где они же играют роль инициа торов), и выбор между ними осуществляется в зависимо сти от условий существования организма и некоторых других факторов (1,5) .
Метаболизм эстрадиола
Первичный метаболизм эстрадиола происходит в печени. Образуясь из андрогенных предшественников — те стостерона и андростендиона, «классические» эстрогены
— эстрадиол и эстрон — подвергаются дальнейшим вза имопревращениям с формированием значительного чи сла метаболитов.
Как и в процессах синтеза, наибольшее значение в ре акциях обмена эстрогенов имеют реакции гидроксилирования. На этот факт было обращено внимание достаточ но давно, более 40 лет тому назад (16). При этом часть гидроксилированных производных эстрогенов — на ос новании особенностей их структуры и свойств — получи ли название неклассических фенолстероидов. С этого момента увеличение продукции этих соединений стало рассматриваться как свидетельство качественных изме нений в стероидогенезе и как фактор развития некото рых злокачественных новообразований, в частности рака тела матки (17).
Небольшая часть эстрадиола сразу подвергается реак ции 16 -гидроксилирования с образованием эстриола, ко-