Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

УЧАСТИЕ ОКСИДА АЗОТА В ОВАРИАЛЬНОМ ЦИКЛЕ

Зенкина В.Г. 1 Солодкова О.А. 1
1 ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Минздрава России
Обзор литературы и данных собственных исследований, посвященный динамике овариальных изменений у млекопитающих и человека и роли оксида азота в регулировании преобразований и функции женской гонады. Представлено обоснование участия NO в модуляции функции яичников, о чем свидетельствует ряд исследований, направленных на демонстрацию продукции оксида азота в яичнике и на уточнение его роли в регуляции стероидогенеза, развития фолликулов, овуляции, лютеиновой функции и лютеиновой регрессии. Приведены результаты последних работ и установлена прямая зависимость между уровнем NO в яичниках и гибелью фолликулярных и половых клеток. Знания о топохимии, механизмах и роли газотрансмиттеров в важнейшем органе репродуктивной системы – яичнике фрагментарны и не позволяют сформировать целостного представления о клеточных механизмах, при помощи которых последние оказывают регулирующее влияние на отдельные структуры яичника в обычных условиях жизнедеятельности организма и при патологии.
овариальный цикл
яичник
оксид азота
1. Зенкина В.Г., Каредина В.С., Солодкова О.А. и др. Морфология яичников андрогенизированных крыс на фоне приема экстракта из кукумарии // Тихоокеан. мед. журн. – 2007. – №4. – С. 70-72.
2. Зенкина В.Г., Каредина В.С., Солодкова О.А., Михайлов А.О. Регуляторы апоптоза и механизм их действия в женской гонаде // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. –2010. –№ 7. – С. 7-14.
3. Зенкина В.Г. Значение апоптоза в яичниках при развитии некоторых заболеваний репродуктивной системы // Фундаментальные исследования. –2011. –№ 6. – С. 227-230.
4. Зенкина В.Г., Солодкова О.А., Погукай О.Н., Каредина В.С. Современные представления об интраорганной регуляции фолликулогенеза в яичнике // Современные проблемы науки и образования. –2012. –№ 2. www. sience-education.ru
5. Рязанцева Н.В., Старикова Е.Г., Таширева Л.А. и др. Внутриклеточные газовые посредники оксид азота, монооксид углерода и сульфид водорода участвует в регуляции апоптоза // Цитология. –2012. –Т. 54, № 2. – С. 105-111.
6. Черток В.М., Зенкина В.Г., Каргалова Е.П. Функциональная морфология яичника. – Владивосток: Медицина ДВ, 2015. – 152 с.
7. Basini, G., Tamanini C. Interrelationship between nitric oxide and prostaglandins in bovine granulosa cells // Prostaglandins Other Lipid Med. 2001. Vol. 66. P. 179-202.
8. Bilodeau-Goeseels S. Effects of manipulating the nitric oxide/cyclic GMP pathway on bovine oocyte meiotic resumption in vitro // Theriogenology. 2007. Vol. 68. № 5. P. 693-701.
9. Boiti C., Zampini D., Guelfi G. et al. Expression patterns of endothelial and inducible nitric oxide synthase isoforms in corpora lutea of pseudopregnant rabbits at different luteal stages // J. Endocrinol. 2002. Vol. 173. P. 285-296.
10. Goud P., Goud A., Diamond M. et al. Nitric oxide extends the oocyte temporal window for optimal fertilization // Free RadicBiol Med. 2008. Vol. 45. № 4. P. 453-459.
11. Yamauchi J., Miyazaki T., Iwasaki S. et al.Effects of Nitric Oxide on Ovulation and Ovarian Steroidogenesis and Prostaglandin Production in the Rabbit // Endocrinology. 2014. Vol. 138. № 9. P. 3630-3637.
12. Lapointe J., Roy M., St-Pierre I. et al. Hormonal and spatial regulation of nitric oxide synthases (NOS) (neuronal NOS, inducible NOS, and endothelial NOS) in the oviducts // Endocrinology. 2006. Vol. 147. № 12. P. 5600-5610.
13. Lyall F., Bulmer J.N., Kelly H., et al. Human trophoblast invasion and spiral artery transformation: the role of nitric oxide // Am. J. Pathol. 1999. Vol. 154. № 4. P.1105-1114.
14. Maul H., Longo M., Saade G., Garfield R. Nitric oxide and its role during pregnancy: from ovulation to delivery // Curr. Pharm. Des. 2003. Vol. 9. № 5. P. 359-380.
15. Moncada S., Higgs E. The discovery of nitric oxide and its role in vascular biology // Br. J. Pharmacol. 2006. Vol. 147. № 1. P. 193-201.
16. Motta A.B., Franchi A.M., Gimeno M.F. Role of nitric oxide on uterine and ovarian prostaglandin synthesis during luteolysis in the rat // Prostagland., Leukotrienes and Essent. Fatty Acids. 1997. Vol. 56. № 4. P. 265-269.
17. Mutlag A.M., Wang X., Yang Z. et al. Study on matrix metalloproteinase 1 and 2 gene expression and NO in dairy cows with ovarian cysts // AnimReprod Sci. 2015. Vol. 152. P. 1-7.
18. Olson L.M., Jones-Burton C.M., Jablonka-Shariff A. Nitric oxide decreases estradiol synthesis of rat luteinized ovarian cells:possible role for nitric oxide in functional luteal regression // Endocrinology. 1996. Vol. 137. № 8. P. 3531-3539.
19. Pallares P., Garcia-Fernandez R., Criado L. et al. Disruption of the endothelial nitric oxide synthase gene affects ovulation, fertilization and early embryo survival in a knockout mouse model // Reproduction. 2008. Vol. 136. № 5. P. 573-579.
20. Pandey A., Tripathi A., Premkumar K. et al. Reactive oxygen and nitrogen species during meiotic resumption from diplotene-arrest in mammalian oocytes // J. Cell Biochem. 2010. Vol. 111. № 3. P. 521-528.
21. Schwarz K., Pires P., Adona P. et al. Influence of nitric oxide during maturation on bovine oocyte meiosis and embryo development in vitro // Reprod. Fertil. Dev. 2008. Vol. 20. № 4. P. 529-536.
22. Sumbayev V.V., Yasinska I.M. Activities of xanthine oxidase, nitric oxide synthase, aromatase and level of cytochrome P450 1A1, 1A2 and IBl isoforms in rat upon parenteral genistein injections // Біополімериіклітина. 2001. Vol. 17. № 5. P. 396-400.
23. TamaniniC., BasiniG., GrasselliF., TirelliM.Nitric oxide and the ovary // J. Endocrinol. 2008. Vol. 199. P. 307-316.
24. Vignini A., Turi A., Giannubilo S. et al. Follicular fluid nitric oxide (NO) concentrations in stimulated cycles: the relationship to embryo grading // Arch. Gynecol. Obstet. 2008. Vol. 277. № 3. P. 229-232.
25. Blerkom J., Davis P., Thalhammer V. Regulation of mitochondrial polarity in mouse and human oocytes: the influence of cumulus derived nitric oxide // Mol. Hum. Reprod. 2008. Vol. 14. № 8. P. 443-444.

Процесс созревания ооцитов млекопитающих регулируется гормонами, ростовыми факторами, циклическими нуклеотидами и другими веществами, которые воздействуют как на ооцит, фолликулярные клетки (кумулюсные и гранулярные), образующие с ооцитом метаболически единую систему, так и сосудистую систему гонад. Регулирование развития ооцита млекопитающих и процесс возобновления мейотического созревания активно изучают [1, 2, 3, 4, 6].В настоящее время появляется все больше доказательств использования позвоночными разнообразных путей передачи сигналов в процессе регуляции гомеостаза. Существенную роль здесь играют молекулы оксида азота (NO), монооксида углерода и сероводорода. Оксид азота является эффективным посредником многообразных биологических эффектов, в частности, через активацию растворимой гуанилатциклазы [5]. Среди мишеней: тонус гладких мышечных клеток, агрегация тромбоцитов и адгезия, клеточный рост и апоптоз, синапсис [5, 8, 10]. Так как эти механизмы связаны с патофизиологией некоторых репродуктивных процессов, стало ясно, что NO может играть значительную роль в репродукции.

NO и функции яичников. Об участии NO в модуляции функции яичников свидетельствует ряд исследований, направленных на демонстрацию продукции оксида азота в яичнике и на уточнение его роли в регуляции стероидогенеза, развития фолликулов, овуляции, лютеиновой функции и лютеиновой регрессии [6, 11, 13, 16].

NO и фолликулогенез. Хорошо известно, что фолликулогенез и овуляция регулируются множеством факторов, таких как цитокины, факторы роста, а также местные факторы регуляции, среди которых оксид азота, по-видимому, играет важную роль. Уровень оксида азота, как было показано, изменяется с ростом фолликулов. Развитие фолликулов у неполовозрелых крыс, связанно с увеличением экспрессии eNOS (но не iNOS), но последующая стимуляция ХГЧ вызывает увеличение обеих изоформ фермента [12, 19]. С другой стороны, описано снижение уровня мРНКiNOS в гранулезных клетках незрелых фолликулов крыс, следовательно, оксид азота может представлять собой цитостатический фактор [22]. Эта гипотеза была усилена результатами недавних исследований, проведенных на крысах, которые также показывают, что ГнРГ и эндотелиальный фактор роста индуцируют снижение уровня мРНКiNOS [9, 15].

В отличие от предыдущих исследований, рост-стимулирующее влияние NO поддерживается наблюдениями, что оксид азота увеличивает количество рецепторов к эндотелиальному фактору роста в гранулезных клетках яичника крысы [9]. Однако  обработка гранулезных клеток фолликулов разных размеров у крупного рогатого скота  донорами  NO (SNAP) не влияет на пролиферацию [12]. Вышеприведенные результаты свидетельствуют о том, что точная роль NO в регуляции роста клеток еще до конца не изучена. Возможно, что эффект оксида азота сильно зависит от взаимодействия с другими модулирующими факторами роста, действующими внутри яичника [4, 5].

NO в фолликулярной жидкости и апоптоз фолликулярных клеток. Механизмом, через который NO может быть вовлечен в контроль развития фолликулов, является его влияние на апоптоз, запрограммированную гибель клеток, за счет которых большинство фолликулов яичников элиминируются во время постнатальной жизни [2, 5]. Различные данные  некоторых авторов, изучавших человеческие клетки гранулезы, не подтверждают участие оксида азота в регуляции апоптоза. NO может также влиять на развитие фолликула, опосредующим эффектом гонадотропинов через фолликулярный барьер, таким образом, влияя на его проницаемость для различных веществ.

Считают, что NO в фолликулярной жидкости продуцируется еNOS гранулезных клеток, поскольку среди изолированных человеческих фолликулярных клеток по крайней мере 90 % - это клетки гранулезы [7]. Незначительная разница в уровне NO в больших и малых фолликулах предполагает различия в ответах на NO в разных типах фолликулов. Сообщают об отсутствии корреляции между фолликулярным уровнем NO и зрелостью или качеством фолликула [14].

Показана взаимозависимость в концентрации NO, фолликулярного роста и апоптоза клеток фолликулярного эпителия [23]. Есть данные о том, что низкие концентрации NO предотвращают апоптоз, тогда как высокие концентрации NO, как и усиленная генерация пероксинитрита из-за недостатка аргинина, увеличивают апоптоз эпителиальных клеток фолликула. Кроме того, ИЛ-1β-индуцированный антиапоптотический эффект также NO-опосредованный [21]. В малых фолликулах пациенток программы ЭКО процент апоптотических фолликулярных клеток с ядерной фрагментацией выше в сравнении с таковым в больших фолликулах [24]. Данные литературы позволяют утверждать, что NO вовлечен в фолликулогенез и апоптическую гибель фолликулярных клеток и принимает участие в регуляции мейотического созревания ооцитов. Ингибирование апоптоза с участием NO ассоциировано с активацией гуанилатциклазы, индукцией антиапоптических механизмов за счет гемооксигеназы и циклооксигеназ, ингибированием каспаз за счет S-нитрозилирования или через цГМФ-зависимые механизмы, ведущие к активации каспаз, индукции белка теплового шока Hsp70, а также подавлению экспрессии гена Bax [17].

Установлено, что NO изменяет ДНК-связывающую активность многих транскрипционных факторов за счет S-нитрозилированиятиоловых групп цистеина и последующего образования S-нитрозотиолов, что служит пусковым механизмом трансдукции сигнала. С помощью S-нитрозилирования может регулироваться функция многих тиолсодержащих ферментов, включая транскрипционные факторы NF-kBAP и СКЕВ [5]. NF-kB, в свою очередь, может стимулировать экспрессию антиапоптических генов bcl-XL, x-IAP, cI-API, cIAP2 и A20 [3, 5].

Зависимость направленности апоптической реакции от концентрации NO прослеживается на примере функционирования митохондрий. Эти органеллы содержат большое количество гемсодержащих, а также железо- и серосодержащих белков, с которыми NO активно соединяется [25]. Было показано, что NO в низких концентрациях оказывает стабилизирующее действие на мембрану митохондрий, высокие же концентрации разобщают окислительное фосфорилирование на уровне цитохромоксидазы, увеличивая количество супероксидного аниона и синтез пероксинитрита. Пероксинитрит, в свою очередь, ингибирует практически все компоненты электронной транспортной цепи путем окисления цистеина, нитролизирования тирозина и повреждения Fe-S-центров белков.  Пероксинитритприводит к открытию пор во внешней митохондриальной мембране, усугубляя процессы дегенерации [25].

Обобщая результаты о влиянии NO на фолликулогенез можно предположить, что местная продукция оксида азота способствует модулированию развития фолликула и, возможно, предотвращает апоптоз, по крайней мере, в низких концентрациях, в то время как высокие уровни могут способствовать гибели клеток через образование пероксинитрита.

NO и овуляция. Процесс овуляции зависит от скоординированной активности гонадотропинов и стероидных гормонов, а также медиаторов, вовлеченных в воспалительные реакции, такие как цитокины, простагландины, лейкотриены и так далее. Результаты недавних исследований свидетельствуют о вовлеченности NOS/NO системы в овуляторный механизм, в основном посредством его воздействия на сосудистую сеть и простагландины. Местное применение ингибиторов iNOS подавляет процесс овуляции у крыс. Аналогичные результаты были получены при ХГЧ-обработке кроликов  и системного определения блокаторов NO, тормозящих овуляцию и подавляющих положительное влияние ИЛ-1 на ЛГ-индуцированную овуляцию у крыс [11, 12, 21].Роль eNOS в овуляции кажется более важной, чем iNOS, даже если результаты по-прежнему противоречивые. На самом деле, у крысы текальный и стромальныйкомпартментыэкспрессируют высокий уровень eNOS во время овуляции. Кроме того, недостаточность eNOS у мышей показывает взаимосвязь с уменьшением овуляторного потенциала после идукции суперовуляции и при недостаточности eNOS у самок с нокаутированным геном наблюдалось значительное снижение ХГЧ-индуцированной овуляции [11]. Возможный механизм стимуляции овуляторного процесса с помощью NO включает в себя выработку простагландинов (ПГ), которые усиливают воспалительный процесс в периовуляторный период путем прямой активации циклооксигеназы [11]. Перекрест биосинтетических путей между NO и ПГ наблюдается также, как и стимулирующий эффект от NO на продукцию ПГF2α в больших фолликулах у коров.  Было высказано предположение, что оксид азота может способствовать разрыву фолликула  через увеличение  внутрифолликулярного давления, либо за счет усиления сосудистого кровотока и пропотевания жидкости в полость фолликула, стимулируя сократительные элементы стенки фолликула [12]. По утверждению авторов, именно NO запускает увеличение притока крови в яичник, что важно для осуществления овуляции [10].

NO и созревание ооцитов. Синтез оксида азота, вероятно, также будет иметь важное значение для созревания яйцеклетки, так как у мышей с нокаутированным геном eNOS выявлено уменьшение числа ооцитов в метафазе II мейоза и высокий процент яйцеклеток остался в метафазе I [20]. Определено влияние блокаторов NOS и доноров NO на количество овариальных ооцитов мышей на разных стадиях эстрального цикла и на способность таких ооцитов осуществлять мейотическое созревание іnvіtro[21]. Доноры NO увеличивают количество овариальных ооцитов и их способность к возобновлению мейоза у самок мышей на стадии проэструса, стимулируют способность ооцитов к завершению мейотического созревания у мышей на стадии как диэструса, так и проэструса. Под влиянием доноров NO увеличивается количество ооцитов с атипической морфологией. Блокаторы NOS уменьшают количество овариальных ооцитов, влияют на количество ооцитов с атипической морфологией и угнетают мейотическое созревание ооцитов на всех стадиях эстрального цикла у мышей. Максимальное уменьшение количества овариальных ооцитов происходит у самок мышей на стадии эструса, а максимальное угнетение способности к завершению мейотического созревания овариальными ооцитами - на стадии проэструса [1, 21].

Известно, что NO увеличивает уровень циклического цГМФ в клетках-мишенях [14, 15]. Считают, что именно цГМФ с помощью активации ооцитарнойцАМФ-фосфодиэстеразы уменьшает уровень цАМФ и запускает созревание ооцитов [19]. Есть данные о том, что сосредоточение цГМФ в кумулюсно-ооцитарных клеточных комплексах не является ответственным за влияние NO на мейотическое созревание ооцитов, а временное уменьшение внутриооцитарного уровня NO может вызвать возобновление мейотического созревания ооцитов млекопитающих [20].

Экспериментальные данные с использованием донора и блокатора NOS показывают, что NO, продуцированный кумулюсными клетками, оказывает регуляторное влияние на уровень митохондриальной полярности в субплазмолеммальной цитоплазме соответствующего ооцита. Культивирование изолированных и окруженных клетками кумулюса ооцитов в условиях низкой и высокой концентрации кислорода предполагает, что конкурирование между кислородом и NO на уровне митохондрий может регулировать уровень митохондриальной полярности и поддерживать митохондриальный гомеостаз в преовуляторном ооците, а также сдвигать его в сторону более высоких значений (полярности), которые регистрируются после овуляции [23, 25].

Таким образом, NO - важный регуляторный агент в обеспечении нормальной овуляции, особенно в период роста и созревания главного фолликула, содержащего внутри себя ооцит.

NO и желтое тело. Некоторыми авторами показано, что на всех стадиях фолликулярного развития клетки жeлтого тела (КЖТ) синтезировали оксид азота, и скорость его синтеза была максимальной в КЖТ из лютеинизированных яичников. Используя иммунофлуоресцентный анализ, показали, что КЖТ из лютеинизированных яичников экспрессируют как эндотелиальную, так и индуцибельную формы синтазы оксида азота. Авторы считают, что оксид азота вовлечен в функциональную регрессию желтых тел за счет подавления им стероидогенеза [11].

Многие факторы свидетельствуют о том, что NO участвует в регуляции развития и функции желтого тела, но эти данные не однозначны и противоречивы. Mottaetal. (2001) отмечают, что в стадию расцвета желтого тела NO стимулирует как глутатион, основной антиоксидант, так и прогестерон, тем самым способствуя поддержанию желтого тела [16]. Оксид азота вместе с ПГЕ воздействует на сосудистую сеть и протеолитические процессы. Недавние результаты указывают на то, что iNOS-опосредованная NO секреция стимулирует синтез ПГЕ, который в свою очередь, эффективно повышает продукцию прогестерона. Положительный эффект оксида азота на синтез прогестерона в лютеиновых клетках также был показан и у крыс. Авторы предположили, что NO может уменьшить или предотвратить лютеолитический эффект простагландинов и, таким образом, поддержать адекватный уровень прогестерона, но точные механизмы, с помощью которых он оказывает это действие, остаются до конца не изученными. Оксид азота также, возможно, участвует в контроле лютеиновой васкуляризации. В самом деле, NO, вырабатываемый эндотелиальными лютеиновыми клетками, увеличивает приток крови, стимулируя расслабление гладких мышц артериол, и способствует ангиогенезу за счет увеличения продукции сосудистого эндотелиального фактора роста в капиллярных клетках [18]. Экспрессия eNOS, а также общая активность NOS, уменьшается со старением желтого тела у различных животных и человека [2, 18].

Заключение. К настоящему времени, несмотря на интенсивные исследования роли газотрансмиттеров в реализации внутриклеточных преобразований в различных органах, не существует детальной картины данного процесса в важнейшем органе репродуктивной системы - яичнике. Различные механизмы, активирующие или подавляющие стероидогенез, фолликулогенез и сосудистые реакции, тесно переплетены между собой и, зачастую, трудно выделить конкретное влияние NO. Сегодня накоплено равное количество фактических данных, свидетельствующих как о защитных, так и о цитотоксических эффектах NO, H2S и CO, иногда напрямую противоречащих друг другу. Четкого представления о механизмах и зависимости овариального цикла от присутствия оксида азота в настоящее время не сложилось и требует дальнейших исследований. Создание экспериментальной модели и изучение влияния газовых посредников на преобразования в яичниках позволит получить фундаментальные знания для разработки подходов к лечению заболеваний репродуктивной системы.

Рецензенты:

Матвеева Н.Ю., д.м.н., профессор, зав. кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии, ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ,г.Владивосток;

Калиниченко С.Г., д.м.н., ст. научный сотрудник, ЦНИЛ ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г.Владивосток.


Библиографическая ссылка

Зенкина В.Г., Солодкова О.А. УЧАСТИЕ ОКСИДА АЗОТА В ОВАРИАЛЬНОМ ЦИКЛЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22725 (дата обращения: 27.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074