Regolazione della funzione della muscolatura liscia uterina durante la gestazione

Regolazione del meccanismo di segnalazione IP3-diacilglicerolo dell’attivazione della muscolatura liscia correlata a Ca2+, accoppiata ai recettori e mediata da proteine G. Questo schema illustra sia il percorso generale per la segnalazione distinta tramite cAMP (sul lato sinistro) o PLC (lato destro) e anche i possibili meccanismi per la modifica del segnale (“cross-talk”) tramite l’inibizione Gai dell’adenilil ciclasi e la fosforilazione mediata dalla protein chinasi CAMP-dipendente e l’inibizione del PLC. DAG, diacil glicerolo; PKA, protein chinasi A; PKC, protein chinasi C; PLC β2, fosfolipasi-Cß2; PTX, tossina della pertosse.

Gli effettori accoppiati ai recettori e le proteine G miometriali sono anche obiettivi per la regolazione da parte di estrogeni e progesterone e dalla gravidanza. L’estrogeno aumenta l’attività del PLC in risposta alla stimolazione adrenergica, ma non colinergica (89) e diminuisce l’espressione di Gs (90) nell’utero del coniglio. Con l’avanzare della gestazione, le concentrazioni di Gs aumentano (91) nell’utero umano gravido, mentre nel miometrio di ratto, le concentrazioni di Gi diminuiscono e di Gq aumentano (92). Questi cambiamenti sono coerenti con gli effetti della gravidanza nel promuovere la quiescenza uterina attraverso alterazioni nell’accoppiamento recettore-effettore.

Agonisti stimolatori. ET, un potente stimolatore delle contrazioni miometriali, è sintetizzato dalle cellule stromali endometriali. I recettori ET sono stati localizzati ai miociti dell’utero del ratto (93) e il trattamento con estrogeni aumenta la concentrazione del recettore. ET-1 è anche sintetizzato nel miometrio durante il primo periodo postpartum (94), suggerendo un ruolo paracrino per ET-1 in parto, come per OT (vedi sotto). Il legame ET-1 aumenta nella frazione di membrana miometriale dei ratti che lavorano (95). Nell’utero umano, le risposte all’ET sono mediate dal sottotipo del recettore ETA (96). ET-1 è stato localizzato sia nella decidua che nel miometrio dell’utero umano in gravidanza tardiva, ma non nell’utero non gravido (97). Tuttavia, un altro studio non è riuscito a rilevare l’immunoreattività ET-1 nel miometrio umano a termine o non in gravidanza (98). Sia i recettori ETA che ETB sono stati trovati nel miometrio umano, ma i livelli dei recettori non sono stati influenzati dalla gravidanza (97). Potenti agonisti contrattili efficaci come ET e OT probabilmente contribuiscono anche al controllo del sanguinamento nel periodo postpartum immediato e facilitano il travaglio.

Inibitori della contrattilità

L’uso di agenti che inibiscono le contrazioni uterine è stata la strategia principale per il controllo del travaglio prematuro. Sfortunatamente, l’identificazione di agenti inibitori altamente efficaci e selettivi dell’utero rimane inafferrabile. Le ragioni principali sono 3 volte. In primo luogo, le difficoltà nella diagnosi accurata del travaglio pretermine hanno ostacolato l’identificazione di agenti veramente efficaci, rendendo difficile la progettazione di studi clinici. In secondo luogo, gli agenti disponibili non hanno un alto grado di selettività uterina e sono di uso limitato a causa dei loro effetti sul miocardio e sul sistema vascolare, compresi quelli del feto. In terzo luogo, la natura della gestazione come processo caratterizzato da meccanismi di controllo altamente ridondanti può richiedere l’inibizione simultanea di diversi componenti dei sistemi per l’inibizione sicura e prolungata delle contrazioni uterine.

Inibitori endogeni. Blocco di progesterone. Sebbene la produzione di progesterone sia importante per il mantenimento della gestazione nelle pecore e nei roditori, il declino della produzione di progesterone, che segna la fine della gestazione, non può essere rilevato nei primati. L’ipotesi del blocco del progesterone di Csapo (99) per il meccanismo della quiescenza gestazionale, basata su osservazioni nei conigli, sembra essere di fondamentale importanza in tutte le specie ad eccezione degli esseri umani e dei primati non umani. La mancata osservazione di questi cambiamenti di progesterone negli esseri umani ha portato al concetto che l’antagonismo della risposta del progesterone, piuttosto che la produzione ridotta, sovrascrive il blocco di progesterone negli esseri umani a termine. Il fattore di crescita trasformante-β blocca l’effetto induttivo del progesterone sull’espressione in vitro dell’attività dell’encefalinasi nelle cellule stromali endometriali umane (100). La pertinenza di questo meccanismo per il parto, se del caso, rimane da stabilire. Considerando tutti i dati disponibili, il lavoro apparentemente segue altrettanto bene in presenza e assenza di progesterone .

Karalis et al. (102) ha suggerito che il cortisolo può essere un antagonista fisiologico dell’azione del progesterone. Le concentrazioni di CRH (derivate dai trofoblasti placentari) nel plasma materno aumentano esponenzialmente durante la gestazione, raggiungendo un massimo a termine. Lo stesso CRH (103) può determinare i tempi del parto, perché le concentrazioni di CRH aumentano più rapidamente nelle donne le cui gravidanze hanno provocato un parto pretermine spontaneo rispetto a quelle che consegnano post-termine e la produzione di cortisolo è aumentata solo leggermente in gravidanza. L’espressione inducibile di NOS è giù-regolata dai glucocorticoidi; pertanto, il presunto ruolo di quiescing del NO endogeno potrebbe essere associato al meccanismo di regolamentazione del CRH. L’importanza del CRH nel parto umano ha bisogno di chiarimenti.

Recettori e processi di segnalazione. Le membrane fetali composte da amnion-corion e decidua allegata producono una sostanza che inibisce l’attività del canale Ca2+ di tipo VOC (104). Le membrane fetali inibiscono anche le contrazioni indotte dalle prostaglandine ma non dall’OT, suggerendo un tipo insolito di selettività agonista per questo effetto (105). L’accoppiamento del recettore OT all’attivazione PLC-β è inibito dalla fosforilazione mediata dalla proteina chinasi cAMP-dipendente (Fig. 4), sebbene l’obiettivo della chinasi (ad esempio PLC, Gq, Gi o recettore) non sia stato identificato (106). Questo “cross-talk” tra sistemi recettoriali opposti è stato confermato in un sistema cellulare ricostituito, così come con le cellule HL60, dove l’attivazione agonista (peptide chemiotattico) dell’isoforma β2 del PLC è stata inibita dalla fosforilazione catalizzata dalla proteina chinasi CAMP-dipendente dei suoi residui di serina (107). L’inibizione è stata trovata per essere mediata tramite subunità Gißy, che vengono rilasciate da Gia su attivazione agonista del recettore ; l’inibizione non avviene attraverso i recettori PLC-attivanti accoppiati Gq. Questi risultati suggeriscono che la sensibilità osservata alla tossina della pertosse della risposta del PLC miometriale del ratto a OT (106.109) può essere spiegata dalla proteina Gi che agisce attraverso questo meccanismo dipendente dal CAMPO per inibire la risposta OT. Tale cross-talk tra sistemi recettoriali (Fig. 4) ha chiaramente il potenziale per spiegare il meccanismo di tali fenomeni enigmatici come il “rilassamento” mediato dal campo della muscolatura liscia. Test rigorosi di questo concetto è garantito.

Ossido nitrico. La produzione di NO uterino è aumentata durante la gravidanza ma diminuisce notevolmente a termine, e questa nessuna produzione è difficile da rilevare nell’utero non gravido (rivisto in Sladek et al. (110)). L’espressione di NOS inducibili è localizzata alle cellule muscolari lisce miometriali e all’epitelio deciduale del ratto gravido (65). Sebbene tutte e tre le isoforme di NOS si trovino nell’utero in condizioni diverse, solo l’espressione di NOS inducibile segue uno schema compatibile con un ruolo nella quiescenza uterina. L’espressione di NOS inducibili nel miometrio umano cade marcatamente con il lavoro a termine o pretermine (111), suggerendo che NO può essere una componente importante del sistema endogeno che mantiene la quiescenza uterina prima del termine. L’aumento di questi meccanismi di segnalazione può offrire approcci innovativi alla tocolisi, anche se questo deve essere rigorosamente confermato e la sicurezza sia per la madre che per il feto deve essere dimostrata chiaramente.

Sebbene le fonti cellulari siano sconosciute, tutte e tre le isoforme NOS sono espresse nella cervice. Il NOS inducibile cervicale è up-regolato nei ratti lavoranti (112), suggerendo un ruolo nell’aumentata distensibilità cervicale richiesta per il parto. Confrontando d 19 con il termine, il più grande cambiamento è stato nell’espressione inducibile NOS, che, tuttavia, è aumentata di meno del 10%. La rilevanza fisiologica di questo modesto cambiamento rimane poco chiara.

Inibitori esogeni (agenti tocolitici). Un approccio clinico per inibire le contrazioni uterine nel travaglio pretermine è stato quello di utilizzare agenti tocolitici come la nifedipina che riducono le concentrazioni intracellulari di ioni Ca2+ inibendo i canali Ca2+ di tipo VOC. Tuttavia, questi agenti mancano di selettività uterina e producono effetti collaterali cardiovascolari, come la riduzione del flusso sanguigno uterino e ombelicale (113). agonisti β-adrenorecettori (ad es. ritodrina e terbutalina) riducono la concentrazione intracellulare di ioni Ca2 + attraverso la cascata di segnalazione cAMP. Questi agenti sono importanti, ma sono limitati dallo sviluppo dell’edema polmonare materno e dalla marcata tachifilassi attraverso la down-regulation del β-adrenorecettore (113). Sebbene cAMP possa anche influenzare il rilassamento riducendo la sensibilità della chinasi MLC a Ca2+, questo meccanismo non è stato dimostrato. Il solfato di magnesio agisce inibendo l’afflusso di Ca2+, probabilmente per interazione con la faccia citoplasmatica dei canali Ca2+ di tipo VOC (114).

Altre strategie tocolitiche sono state l’uso di antagonisti del recettore per bloccare OT o PGF2a. Anche se teoricamente suono, questi approcci hanno avuto un successo limitato. Alte concentrazioni di agonisti endogeni possono limitare l’efficacia degli antagonisti competitivi delle OT. In uno studio clinico casuale, in doppio cieco, condotto su 112 donne che hanno avuto un travaglio pretermine, uno di questi agonisti, atosiban, ha ridotto la frequenza di contrazione di circa 2 volte maggiore rispetto al placebo (115). Più recentemente, uno studio non randomizzato di 62 pazienti ha dimostrato un tasso di successo del 70% per il ritardo della consegna di oltre 48 h, un effetto equivalente a quello della ritodrina, ma con meno effetti collaterali (116). Anche se un ritardo di 48 ore nel parto può non sembrare di evidente importanza per un feto che nasce mesi prematuramente, è, infatti, fondamentale per la sopravvivenza. Anche un ritardo di 24 ore nella consegna consente la somministrazione di glucocorticoidi a maturazione polmonare come il betametasone, che attivano la produzione e la secrezione di tensioattivi da parte delle cellule alveolari di tipo II. Sebbene non rientrino nell’ambito di questa revisione, il tensioattivo è di fondamentale importanza nel fornire una tensione superficiale alveolare sufficiente per facilitare l’espansione del sacco d’aria alveolare in modo che si possa verificare lo scambio di gas e prevenire la sindrome da distress respiratorio. Pertanto, qualsiasi ritardo nel parto offre una finestra di opportunità per preparare i polmoni al loro ruolo di organo di scambio gassoso dopo il parto ed è fondamentale per la sopravvivenza dei neonati prematuri (117).

La soppressione della produzione di prostaglandine utilizzando farmaci antinfiammatori non steroidei come l’indometacina deve essere controllata attentamente, in particolare la durata dell’uso (113), per prevenire effetti collaterali come la costrizione prenatale del dotto arterioso, la cui pervietà è mantenuta da PGE2 (118). L’isoforma inducibile della PG sintetasi H, o cicloossigenasi-2, è in gran parte responsabile dell’aumento della produzione di PG a termine (119.120). Gli inibitori specifici della cicloossigenasi-2 potrebbero essere agenti tocolitici efficaci ed essere privi di effetti avversi sul dotto arterioso e su altri organi fetali.

Un possibile approccio alla tocolisi è la manipolazione della via di segnalazione NO nel miometrio. NO è l’agente chimico attivo che media gli effetti dei rilassanti muscolari lisci come i vasodilatatori nitroso (ad esempio nitroglicerina). Così nitroglicerina o un simile NESSUN donatore alla fine può rivelarsi un altro possibile agente tocolitico. Allo stesso modo, l’inibizione della ripartizione cGMP, da uno specifico inibitore della fosfodiesterasi cGMP, può ridurre la contrattilità uterina.

Sono disponibili inibitori specifici dei canali K+ sensibili all’ATP e degli attivatori; tuttavia, il loro uso come agenti tocolitici non è particolarmente promettente perché la loro azione inibitoria sul miometrio gravido è parziale nel migliore dei casi (15). Gli agenti che attivano i canali di KCa, quale un glicoside di erbe africano recentemente caratterizzato, dehydrosoyasaponin I (121), offrono un certo potenziale tocolitico ma mancano della specificità uterina, che può limitare il loro uso clinico.

Regolazione pre-gestazionale

Attivazione / travaglio normale. Segnalazione e parto: Conversione da quiescenza ad attivazione. L’approccio e l’inizio del travaglio a termine comportano cambiamenti in molti componenti del sistema di segnalazione contrattile. La produzione locale di agonisti contrattili aumenta e le alterazioni strutturali della citoarchitettura aumentano l’efficacia degli agonisti endogeni. Nonostante decenni di studio, i meccanismi che segnalano l’inizio del lavoro attivo negli esseri umani rimangono incompleti.

Alterazioni della struttura miometriale e regolazione funzionale a termine. Un importante cambiamento nella capacità delle cellule miometriali di comunicare con le cellule vicine è l’aumento della sintesi delle proteine giunzionali gap, in particolare C43, in ritardo nella gestazione. Più vicino al termine, le proteine gap-giunzionali sono assemblate in connessoni, che formano le giunzioni gap. L’aumento dell’accoppiamento elettrico tra cellule adiacenti facilita il coordinamento dell’eccitazione miometriale, consentendo alla contrazione di sviluppare forza propulsiva. Tuttavia, non è stato stabilito che i connessoni siano necessari per il coordinamento delle contrazioni.

I recettori OT in entrambe le cellule miometriali e deciduali sono marcatamente regolati poco prima dell’inizio del travaglio. Sono state descritte le dinamiche del recettore OT umano recentemente clonato durante la gestazione. La proteina del recettore OT è presente nel miometrio non gravido a livelli ridotti, che aumentano di quasi 300 volte (livelli di mRNA) al parto (122). I recettori sono distribuiti in modo non uniforme in tutto il miometrio, piuttosto che essere omogeneamente espressi da cellula a cellula. I recettori OT deciduali sono pensati per accoppiare OT alla produzione di PG in un meccanismo di amplificazione paracrina per migliorare l’azione contrattile di OT sul miometrio. In contrasto con l’OT ipofisario posteriore, che è invariato, la produzione locale di OT nell’amnion, nel corion e nella decidua (123.124) aumenta marcatamente a termine; questo può servire come meccanismo paracrino per la stimolazione OT delle contrazioni . L’estrogeno aumenta la produzione uterina di OT a termine sia nel ratto che nell’utero umano (123,126,127).

È stato a lungo sostenuto che l’estrogeno:il rapporto del progesterone governa l’eccitabilità uterina durante la gestazione e che un aumento di questo rapporto è alla base dell’attivazione dell’utero a termine. Il rapporto potrebbe essere aumentato aumentando la produzione di estrogeni senza cambiare il progesterone. Lo steroide surrenale fetale, DHEAS, che può essere convertito in estrogeni dagli enzimi placentari, può essere coinvolto in un tale meccanismo di regolazione per cui il feedback degli estrogeni placentari inibisce la produzione di DHEAS surrenali fetali (101). Alla fine della gestazione, questa inibizione può essere persa, portando ad un aumento dei DHEAS e della produzione di estrogeni materni, come visto a termine. L’aumento dell’estrogeno potrebbe superare l’effetto soppressivo del progesterone sull’espressione del recettore OT e aumentare la produzione di OT e prostaglandine, che promuovono l’attivazione uterina e il travaglio. Tuttavia, sebbene la somministrazione di DHEAS al feto primate aumenti la produzione di estrogeni materni e la contrattilità uterina, la somministrazione materna di estrogeni esogeni non altera la contrattilità. Pertanto, il ruolo dei DHEAS può comportare una complessa interazione feto-placentare che coinvolge altri mediatori non ancora identificati.

Le concentrazioni di ET nel liquido amniotico umano sono più alte a metà trimestre rispetto al termine (128) lasciando aperta la questione di un ruolo per l’ET derivato dalla membrana fetale nel processo di lavoro (e anche il significato dell’encefalinasi). La produzione di PG sia dal decidua uterino nel ratto (119) che dal laeve corionica fetale è aumentata a termine, fornendo una fonte di PGs contrattile. Tuttavia, PGs o ET rilasciati nel compartimento amniotico non possono raggiungere il miometrio fino alla rottura della membrana.

Lezioni da Knockouts

La delezione genica (“knockout”) è un approccio per analizzare il ruolo putativo dei segnali biologici. I geni per parecchie molecole prominenti di segnalazione sono stati cancellati, ma l’unica eliminazione ipotetica uterina inibitoria-relativa riferita è il gene per NOS inducibile. L’eliminazione di questo gene non ha avuto effetto apparente sulla gestazione o sul parto (129-131), malgrado le differenze nel fenotipo prodotto . Anche i geni per altri segnali stimolatori putativi, il recettore OT (133), la cicloossigenasi-1 (134) e la cicloossigenasi-2 (135), sono stati eliminati, ancora una volta senza alcun effetto apparente sulla gestazione o sul parto. Il knockout della cicloossigenasi – 2 nei topi ha portato all’inibizione dell’ovulazione.

La delezione del gene C43 ha prodotto un blocco di conduzione atrioventricolare, che ha impedito l’aumento della gittata cardiaca necessaria per sostenere l’ossigenazione e la perfusione e la sopravvivenza (136). La rottura del gene del recettore del progesterone causa infertilità e incapacità di supportare l’impianto; pertanto, i cambiamenti gestazionali non possono essere studiati in questi topi (137). La delezione del gene del recettore della prolattina ha anche impedito l’impianto di TBASE, ID: 4223; nessun rapporto pubblicato ancora). Il ratto e il miometrio umano e l’endometrio contengono siti di legame per il fattore di crescita epidermico; l’estrogeno aumenta i livelli del recettore del fattore di crescita epidermico (13). La cancellazione del gene del recettore degli estrogeni ha anche prodotto infertilità, ma i topi erano altrimenti grossolanamente normali (138). Da notare, i topi knockout del gene del recettore degli estrogeni non hanno avuto risposta uterotrofica (induzione del recettore del progesterone) al fattore di crescita epidermico (139).

La sovraespressione del gene del recettore degli estrogeni, d’altra parte, ha prodotto un parto ritardato e un travaglio prolungato (140). Una seconda forma molecolare del recettore degli estrogeni (designato recettore degli estrogeni β) è espresso in utero, complicando interpretazione del recettore degli estrogeni α knockout fenotipo (141).

Durante la gestazione e il parto, l’attività uterina è chiaramente controllata da una complessa rete di controlli ridondanti in modo che l’eliminazione di un singolo componente potrebbe non essere sufficiente a far deragliare il meccanismo. L’implicazione di questa interpretazione è che il targeting strategico di più geni può essere richiesto per perturbare i meccanismi gestazionali in modo sufficiente per ottenere informazioni sulle interazioni regolatorie.

Infezione e travaglio

Notevole attenzione è stata rivolta al ruolo dell’infezione e della conseguente infiammazione della decidua uterina e delle membrane fetali nell’eziologia del travaglio pretermine. Infatti, l’infezione intrauterina e la conseguente produzione di mediatori infiammatori (citochine e fattori di crescita) sono stati documentati nel travaglio pretermine associato alla rottura prematura delle membrane. I mediatori infiammatori IL-1β e il fattore di necrosi tumorale-α causano l’up-regulation della cicloossigenasi-2 nelle linee cellulari endometriali del ratto (119), coerenti con la maggiore produzione di prostaglandine da parte dell’utero infetto. L’intensità con cui l’infezione intrauterina stimola la consegna ha portato alla speculazione che tutto il lavoro è il risultato di un processo simile all’infezione. Tuttavia, l’iniziatore di questo processo non è stato determinato perché la maggior parte del lavoro è associata all’assenza di infezione rilevabile.

Una comprensione dei meccanismi di temporizzazione potrebbe far luce sui cambiamenti inerenti al travaglio prematuro, e quindi suggerire migliori terapie tocolitiche. Di preoccupazione è la capacità di risolvere il contributo dei mediatori infiammatori al travaglio normale e prematuro per comprendere il problema più enigmatico della noninfezione, il travaglio pretermine “idiopatico”, che può rappresentare la maggior parte delle nascite premature per le quali l’intervento tocolitico potrebbe essere di valore medico (cioè, non complicato da membrane prematuramente rotte) (113). Se il lavoro normale non è dovuto all’infezione batterica, allora forse i cambiamenti ormonali che portano ad alterazioni nella produzione di citochine e fattore di crescita a termine devono essere ricercati, il che restringe considerevolmente gli obiettivi. In alternativa, si può sostenere che, nel travaglio normale, vi è una perdita di resistenza alle molecole di segnalazione correlate all’infezione (ad esempio, citochine), che viene mantenuta per la maggior parte della gestazione.

Il valore predittivo dell’infezione intrauterina al parto prematuro è stato oggetto di diversi recenti studi clinici multicentrici (142-145). Sebbene gli studi confermino che elevati livelli di liquido amniotico IL-6 (144) sono un indicatore di uno stato precoce di infezione intrauterina e la presenza di vaginosi batterica è associata ad un aumentato rischio di parto prematuro spontaneo, l’innalzamento dei livelli di fibronectina fetale cervicovaginale, una cervice corta e precedenti nascite pretermine sono stati trovati (145) come predittori più forti di parto pretermine. Studi precedenti hanno dimostrato che la vaginosi batterica è associata a livelli elevati di fibronectina fetale (146). Pertanto, attualmente, i livelli elevati di fibronectina fetale cervicale sembrano essere uno dei più forti predittori di parto prematuro e sono strettamente associati alla presenza di infezione intrauterina.