Vliv glykosylace hCG na jeho funkce v ženské reprodukci

Souhrn

Cíl studie:
Podat stručný přehled současného vývoje znalostí o molekule hCG, izoformách hCG a významu glykosylace. Biologické varianty hCG mají v závislosti na stupni glykosylace rozdílné funkce v organismu v souvislosti s řízením menstruačního cyklu, početím, těhotenstvím, gynekologickými i negynekologickými malignitami.

Typ studie:
Přehledový článek.

Název a sídlo pracoviště:
Porodnicko-gynekologická klinika LF UP a FN Olomouc.

Metodika:
Shrnutí vlastních zkušeností a doplnění novými literárními poznatky z molekulární biologie, klinické biochemie i klinické praxe.

Závěr:
Nové poznatky o úloze glykosylace hCG ve fyziologických i patologických pochodech v ženském organismu nám umožňují lépe pochopit řízení procesů vedoucích k ovulaci (spolupráce hypofyzárního hCG s LH), implantaci a hemochoriální placentaci (invazivita hyperglykosylovaného hCG). Některé biologické varianty a izoformy hCG se užívají v predikci těhotenských patologií, v prenatálním screeningu vrozených vývojových vad (volná β podjednotka hCG) i v léčbě neplodnosti.

Klíčová slova:
lidský choriový gonadotropin, hCG, hyperglykosylovaný hCG, hhCG, glykosylace, biologické varianty hCG

HISTORICKÝ ÚVOD

Lidský choriový gonadotropin (hCG) hraje klíčovou úlohu v adaptaci mateřského organismu na těhotenství. Vztah mezi placentárním hCG a produkcí progesteronu ve žlutém tělísku byl experimentálně prokázán už v roce 1920 [13]. Různé biologické testy na průkaz těhotenství z moči žen založené na změnách ovarií laboratorních zvířat, byly postupně užívány až do roku 1960, kdy byl popsán první imunologický hemaglutinační průkaz hCG v moči [21]. Kvantitativní stanovení hCG v séru těhotných však umožnil až objev radioimunoanalýzy [17]. První RIA hCG v naší republice byla zavedena na Porodnicko-gynekologické klinice v Olomouci už v roce 1971 díky studijnímu pobytu profesora Miloslava Talaše v USA. Široké využití moderních imunoanalytických metod postupně rozvíjelo i poznání chemického složení molekuly placentárního hCG a jeho variant i jejich nejrůznějších biologických funkcí.

STRUKTURA MOLEKULY hCG Z MOČI TĚHOTNÝCH

Molekula hCG je v mnoha ohledech výjimečná. Je to nejdelší molekula a zároveň nejkyselejší molekula v lidské krvi s poločasem 36 hodin. HCG je heterodimer složený ze dvou nekovalentně vázaných podjednotek α a β (obr. 1). Řetězec α podjednotky hCG má 92 aminokyselin a je téměř identický s α podjednotkou tří dalších hypofyzárních glykoproteinů, a to LH, FSH a TSH. Beta podjednotky hCG, LH, FSH a TSH jsou však specifické a odpovídají za různé biologické funkce těchto hormonů [3, 7]. Podjednotky β u hCG a LH se však liší jen délkou řetězce aminokyselin (hCG má o 24 aminokyselin víc), což určuje jejich biologické aktivity a funkce [10]. Podobnost molekul hCG a LH tak ale umožňuje vazbu na společný receptor LH/hCG, i když s různou účinností [11]. Významnou část molekul glykoproteinů tvoří navázané řetězce oligosacharidů.

GLYKOSYLACE A HETEROGENITA GLYKOPROTEINŮ

Glykosylace je jednou z nejvýznamnějších posttranslačních modifikací proteinů. Již z názvu glykoprotein vyplývá, že tyto proteiny jsou glykosylované, ale úroveň glykosylace je různá. Primární struktura peptidických řetězců glykoproteinů je jednoznačně určena mRNA. Navazováním jednotek monosacharidů a oligosacharidů v endoplazmatickém retikulu a Golgiho aparátu může vzniknout velké množství různých izoforem těchto glykoproteinů. Ukazuje se, že glykosylace, tj. navázání jednoduchých cukrů nebo oligosacharidů, je nezbytná pro produkci i biologický účinek většiny secernovaných i membránových proteinů. Glykosylace může ovlivnit řadu jejich vlastností, jako skládání (folding), rozpustnost, výskyt v různých částech buňky, rezistenci vůči proteolýze, biologickou aktivitu, afinitu vazby k ligandu, rychlost sekrece nebo metabolismu. Oligosacharidy se mohou vázat buď O-glykosidovou vazbou na kyslík serinu a treoninu (O-glykany), nebo častěji N-glykosidovou vazbou na dusík asparaginu (N-glykany). Navázané oligosacharidy jsou dále zakončeny zbytky kyselin sialových, které tak vytvářejí podmínky pro vznik ohebných „anténových“ struktur. S rostoucím počtem anténových sialických struktur se zvyšuje acidita glykoproteinu [4].

Molekuly hCG jsou vysoce glykosylované. Oligosacharidy v molekule placentárního hCG tvoří asi 30 % jeho molekulární hmotnosti, u hyperglykosylovaného hCG (hhCG) tvoří oligosacharidy až 45 % molekulární hmotnosti (obr. 2). Glykosylace je nezbytnou podmínkou nejen pro správné intracelulární uspořádání a spojení podjednotek α a β, ale i pro aktivaci LH/hCG receptorů a biologickou účinnost cirkulujícího hCG. Glykosylace rovněž přispívá k ochraně molekuly hCG před proteolytickými enzymy, uplatňuje se v buněčném rozpoznávání, zvyšuje rozpustnost proteinů, jejich dostupnost a biologickou účinnost. Struktura oligosacharidů hCG se mění v průběhu fyziologického těhotenství, u těhotenských patologií i u trofoblastické nemoci [14].

V současné době rozeznáváme minimálně pět biologicky aktivních variant hCG s identickou sekvencí aminokyselin, produkovaných v různých buňkách, které mají rozdílné struktury a nezávislé funkce v organismu. Hlavní příčinou jejich rozdílné biologické aktivity je právě stupeň glykosylace. Dvě varianty působí endokrinně (placentární hCG a v malé, ale významné míře i hypofyzární hCG), zatímco tři další varianty (hyperglykosylované hCG, volná β podjednotka hCG a hyperglykosylovaná volná β podjednotka hCG) působí autokrinně.

ENDOKRINNÍ VARIANTY hCG

Placentární hCG

Placentární hCG se tvoří v buňkách syncytiotrofoblastu a nahrazuje funkci LH stimulací společného LH/hCG receptoru. Na začátku těhotenství je jeho hlavní rolí podpora produkce progesteronu v corpus luteum, stimulace angiogeneze v myometriu dělohy a podpora diferenciace buněk cytotrofoblastu. HCG pravděpodobně díky své vysoké aciditě vyvolává imunotoleranci. Společně s progesteronem také snižuje děložní kontraktilitu. Předpokládá se i jeho významná role v interakci mezi embryem a endometriem během implantace [15].

Hypofyzární hCG

Hypofyzární hCG je secernováno gonadotropními buňkami přední hypofýzy. Jeho sekrece se mění v průběhu menstruačního cyklu s periovulačním maximem paralelně s LH. Hladiny hypofyzárního hCG jsou detekovatelné jen ultrasenzitivními testy, standardními testy je za normálních okolností prokázat nelze. Sekrece hypofyzárního hCG je pulzatilní s obdobnou frekvencí a amplitudou jako LH. Pravděpodobnou funkcí hypofyzárního hCG ve folikulární fázi je podpora preovulačního vyplavení LH, v luteální fázi pak podporuje tvorbu a funkci corpus luteum. Oproti jiným izoformám hCG je tato molekula méně glykosylovaná a jako jediná je sulfatovaná. Hypofyzární hCG je detekovatelné i u žen v perimenopauze a postmenopauze a také u většiny mužů [8, 19]. I zde jde nejspíše o synergické působení s molekulou LH.

AUTOKRINNÍ VARIANTY hCG

Hyperglykosylované hCG (hhCG)

Hyperglykosylované hCG se tvoří v extravilózních invazivních buňkách cytotrofoblastu a jeho invazivita podporuje implantaci a hemochoriální placentaci [6]. Společně s hCG, hhCG hraje klíčovou úlohu v adaptaci mateřského organismu na těhotenství podporou přeměny corpus luteum na corpus luteum graviditatis. V prvních dnech a týdnech gravidity se tvoří téměř výhradně hyperglykosylované hCG, postupně se tento poměr obrací ve prospěch placentárního hCG. Na začátku těhotenství představuje hhCG až 90 % celkové aktivity hCG, zatímco v 10. týdnu těhotenství již méně než 5 % a dále klesá. Invazivita hhCG je na začátku těhotenství klíčová pro kvalitu implantace a zřejmě měla významnou úlohu v evoluci lidského druhu umožněním hemochoriální placentace, která je vyhrazena jen některým primátům a člověku [7, 16]. Hemochoriální placentace usnadňuje přísun živin k vyvíjejícímu se plodu, a tím významně podporuje vývoj jeho mozku již v prenatálním období. Zatímco hCG působí cestou společného LH/hCG receptoru, hhCG vazbou na TGF β receptor indukuje trofoblastickou invazi a neoangiogenezi [20].

Volná β podjednotka hCGa hyperglykosylovaná volná β podjednotka hCG

Volná β podjednotka hCG a hyperglykosylovaná volná β podjednotka hCG stejně jako hhCG podporují invazi. Vazbou na TGFβ receptor blokují apoptózu, stimulují angiogenezi, sekreci proteolytických enzymů, matrixových metaloproteináz a kolagenáz. Tyto autokrinně působící varianty hCG mohou podporovat maligní bujení nejen u trofoblastických, ale i u některých dalších malignit [5].

KLINICKÉ VYUŽITÍ STANOVENÍ hCG V TĚHOTENSTVÍ

Hladiny hCG se rutinně užívají pro diagnostiku a prognózu časného těhotenství, především pomocí tzv. doubling time. Jediné vyšetření hCG má nižší výpovědní hodnotu, protože rozpětí fyziologických hladin hCG je velmi široké. Snížené a klesající hladiny hCG svědčí pro patologie, jako mimoděložní těhotenství nebo časný potrat, mírně zvýšené mohou značit vícečetné těhotenství, výrazný vzestup bývá spojen s hydatidózní molou, někdy i s choriokarcinomem. Ve II. trimestru lze snížení hCG využít pro odhad rizika rozvoje preeklampsie [6, 7]. V patogenezi preeklampsie může hrát roli modifikace glykosylace hCG vedoucí k defektní trofoblastické invazi, způsobené nedostatečnou remodelací spirálních arterií [18].

VYUŽITÍ VOLNÉ β PODJEDNOTKY hCG V PRENATÁLNÍM SCREENINGU CHROMOZOMÁLNÍCH VAD PLODU

Tzv. druhotrimestrální screening, kdy se zvýšený AFP a snížené hCG, případně ještě další markery využívaly k předpovědi rizika VVV plodu, je v současné době již většinou nahrazen screeningem v I. trimestru, mezi 11. až 14. týdnem gravidity. Vyšetření je založeno na ultrazvukových markerech a doplněno stanovením pregnancy-associated plazma proteinu A (PAPP-A) a volné β podjednotky hCG. Tato stanovení umožňuje např. imunoanalyzátor Kryptor. Prvotrimestrální screening je přesnější, umožňuje návazná vyšetření a v případě prokázané závažné vady umožňuje časnější řešení. V ČR byl zaveden již v roce 2004 [9]. U nejčastějších aneuploidií (T21, T18, T13) byla prokázána rozdílná bioaktivita a defektivní glykosylace placentárního hCG [2].

VYUŽITÍ VYŠETŘENÍ hCG U MALIGNÍCH ONEMOCNĚNÍ

Už před průkazem existence a invazivity hhCG, vysoké hladiny hCG svědčily pro riziko výskytu hydatidózní moly a choriokarcinomu. HCG je vedle CEA jedním z prvních známých „tumor markerů“ a využívá se již mnoho let u seminomů varlat. V současnosti byly agresivní varianty hCG prokázány i u řady negynekologických malignit, většinou v jejich pokročilých stadiích [5, 12].

LÉKOVÉ FORMY hCG A NEJČASTĚJŠÍ UŽITÍ V LÉČBĚ

Na trhu jsou dostupné preparáty, které obsahují placentární hCG izolované z moči těhotných žen, hypofyzární hCG izolované z moči menopauzálních žen i rekombinantní hCG, získané metodami genetického inženýrství. Rekombinantní preparáty hCG nemají přirozenou glykosylaci, ale ta se může naprogramovat, a tak vlastně měnit biologickou účinnost tohoto preparátu [10]. V léčbě neplodnosti se hCG nejčastěji užívá k indukci ovulace. HCG zde vazbou na společný receptor LH/hCG supluje funkci LH. V nízkých dávkách se může využít i ke stimulaci ovariálních folikulů. Je s úspěchem využíváno i k luteální podpoře, a to jak v přirozených, tak stimulovaných či substituovaných cyklech. Opatrnosti je ovšem třeba v cyklech s rizikem rozvoje hyperstimulačního syndromu, kde se raději tomuto způsobu luteální podpory vyhýbáme.

IMUNOANALYTICKÉ STANOVENÍ hCG

Vzhledem k heterogenitě molekuly hCG a extrémnímu rozpětí hodnot jejich koncentrací je standardizace laboratorního stanovení hCG obtížným a stále se vyvíjejícím úkolem [1]. Výsledky stanovení hCG se nevyjadřují jako molární koncentrace (SI jednotky), ale ve vztahu k mezinárodnímu standardu hCG v IU/l (International Units/l). Nyní se užívá již 4. mezinárodní standard WHO (4^th IS WHO code 75/589). Hladiny hCG se také mohou mírně lišit podle použitého automatu nebo manuálního stanovení, např. ELISA. Opatrnost v posuzování výsledků z různých laboratoří by měla být samozřejmostí. Pokud výsledek není v souladu s klinickým nálezem, je vhodné vyšetření zopakovat nebo nález ověřit na renomovaném pracovišti. Zatím jediné rozlišení mezi hCG a hhCG umožňuje použití specifické protilátky B152, která selektivně rozpoznává antigenní determinantu na koncové části β-podjednotky hCG [4].

ZÁVĚR

HCG známe a hodnotíme především v souvislosti s těhotenstvím. Je důležité si uvědomit, že tento glykoprotein plní v lidském organismu různé další funkce a na jeho produkci se podílejí i jiné orgány. Je to skutečně výjimečná, extrémní molekula, jejíž funkce v organismu mohou být i antagonistické. Tyto nové poznatky o úloze biologických variant hCG a významu jeho glykosylace v ženském organismu nám umožňují lépe pochopit řízení procesů v menstruačním cyklu, které vedou k ovulaci, implantaci a významně se podílejí na zajištění fyziologického průběhu těhotenství. Můžeme tak lépe porozumět i některým patologiím těhotenství, které jsou spojené s abnormální glykosylací, jako je preeklampsie či některé aneuploidie. Znalost autokrinních variant hCG a jejich působení cestou TGF β receptoru nám pomůže pochopit chování některých malignit. V neposlední řadě nám znalost významu glykosylace hCG může pomoci k optimalizaci léčby neplodnosti.

Prof. MUDr. Ivana Oborná, Ph.D.

Porodnicko-gynekologická klinika

LF UP a FNOL

I. P. Pavlova 6

775 20, Olomouc

e-mail: ivana.oborna@upol.cz