Hormonální řízení

začátku porodu

Martin Hill

Endokrinologický ústav, Praha

Pracovní setkání krajských perinatologů České republiky

Porod je extrémně druhově specifický

fetální hypothalamus ↔ hypofýza ↔

fetální nadledvina

involuce corpus luteum

Těhotenství a porod jsou multifaktoriální procesy

Iniciace lidského porodu představuje komplexní systém zahrnující množství faktorů a vzájemně provázaných pozitivních a negativních zpětných vazeb

Přerušení jednoho z těchto spojení zpravidla nevede k selhání celého systému

Bylo navrženo několik mechanismů spuštění porodu u různých druhů savců, které se zpravidla vzájemně doplňují

Úloha fetálního proteinového surfaktantu A

Alternativní mechanismus iniciace porodu, který byl navržen na základě pokusů na myších

1. ↑Sekrece plicního fetálního proteinového surfaktantu do plodové vody

2. Aktivace makrofágů

3. Migrace makrofágů do dělohy

4. Indukce zánětlivé odpovědi

5. ↑Kontraktilita uteru

Kortizol, zrání fetálních plic

Kortizol, jehož hladiny ↑ na konci 3. trimestru

může působit jako endogenní inhibitor účinku

progesteronu při regulaci exprese 15-

hydroxyprostaglandin dehydrogenázy při porodu

(proces je zprostředkováván progesteronem a

glukokortikoidními receptory)

↓syntéza progesteronu ↑produkce estradiolu v placentě

Na rozdíl od hlodavců a přežvýkavců se hladiny

progesteronu před porodem u lidí výrazněji

nemění, zatímco hladiny estradiolu akcelerují

stejně, jako u ostatních savců

Iniciace porodu u člověka je spojena spíše se

změnou exprese podjednotek estradiolových a

progesteronových receptorů

Co je prvotním impulsem k nástupu porodu?

Přes množství navržených mechanismů je primární impuls vedoucí k vyvolání porodu stále neznámý

Nejasná je, i role neuroaktivních redukovaných progesteronových metabolitů, zejména nejhojnějších z nich, pregnanolonových izomerů (PI)

Existují práce dokumentujících význam (PI) pro nastartování porodu u krys

Model založený na eskalující placentární produkci CRH v závěru těhotenství

Kortikoliberin (CRH) je hypothalamický peptid řídící aktivitu hypofyzárně adrenální

osy při stresu

CRH je hojně exprimován v lidské placentě a je přítomen v extrémních koncentracích

v mateřské a fetální krvi v pozdním těhotenství, kdy vykazuje exponenciální růst

Extrémní produkce CRH v placentě je specifická pro primáty což musí být

zohledněno při studiu mechanismů regulujících porod

Během těhotenství hraje zřejmě placentární CRH klíčovou roli při regulaci fetálního

zrání a načasování porodu (placental clock)

CRH je zahrnut v mechanismu kontroly fetoplacentárního krevního oběhu

Koncentrace CRH negativně korelují s gestačním věkem při porodu

Koncentrace CRH mohou být užitečné při identifikaci žen se zvýšeným rizikem

předčasného porodu

Antagonisté CRH mohou sloužit k prevenci předčasného porodu

Syntéza steroidů z prekurzorů z fetálního kompartmentu fetální nadledviny a placenty

Fetální zónaDefinitivnízóna

Fetální nadledvina

Cirkulace

Placenta

Játra

CirkulaceJátra

Definitivnízóna

PLOD

MATKA

PregC, DHEAC

Prog, P3x5y, Estrogeny

Konjugace, 20α-OH

Konjugace, 20α-OH

Fetální zónaDefinitivnízóna

Fetální nadledvina

Cirkulace

Placenta

Játra

CirkulaceJátra

Definitivnízóna

PLOD

MATKA

Fetální zónaDefinitivnízóna

Fetální nadledvina

Cirkulace

Placenta

Játra

CirkulaceJátra

Definitivnízóna

PLOD

MATKA

Fetální zónaDefinitivnízóna

Fetální nadledvina

Cirkulace

Placenta

Játra

CirkulaceJátra

Definitivnízóna

PLOD

MATKA

PregC, DHEAC

Prog, P3x5y, Estrogeny

Konjugace, 20α-OH

Konjugace, 20α-OH

Účinnost modelu pro predikci termínu porodu na základě steroidního metabolomu

• Pacienti

– Porody v termínu, zdravé

– Porody předčasné, bez

vlivu genetiky či

endokrinologie (záněty)

• Korelace měřených hodnot

a predikcí

– Pupečník, artérie

– Pupečník , véna

– Matka

– Podová voda

• Simultánní stanovení 70

steroidů

• Vícerozměrná regrese,

metoda Ortogonal

Projections to Latent

Structures (OPLS)

26

28

30

32

34

36

38

40

42

26 28 30 32 34 36 38 40 42

Gestational age predicted using OPLS [week]

Ac

tua

l g

es

tati

on

al

ag

e [w

ee

k]

A

R = 0.952 (R 2 = 90.7%)

Q = 0.920 (Q 2 = 84.7%)26

28

30

32

34

36

38

40

42

26 28 30 32 34 36 38 40 42

Gestational age predicted using OPLS [week]

Ac

tua

l g

es

tati

on

al

ag

e [w

ee

k]

B

R = 0.933 (R 2 = 87.0%)

Q = 0.898 (Q 2 = 80.6%)

26

28

30

32

34

36

38

40

42

26 28 30 32 34 36 38 40 42

Gestational age predicted using OPLS [week]

Ac

tua

l g

es

tati

on

al

ag

e [w

ee

k]

D

R = 0.917 (R 2 = 84.2%)

Q = 0.891 (Q 2 = 79.4%)26

28

30

32

34

36

38

40

42

26 28 30 32 34 36 38 40 42

Gestational age predicted using OPLS [week]

Ac

tua

l g

es

tati

on

al

ag

e [w

ee

k]

C

R = 0.912 (R 2 = 83.2%)

Q = 0.862 (Q 2 = 74.3%)

Predikční účinnost steroidů v modelu vícerozměrné regrese pro predikci termínu porodu

SteroidSteroid, gest.

ageSteroid, gest.

age

1 Preg 0.314 * 0.622 * 0.431 * b) 25 P3β5αC 0.643 * 0.644 * 0.546 * 0.414 * 49 A3β5αC 0.439 * 0.577 * 0.852 *2 PregC 0.768 * 0.788 * 0.857 * 0.831 * 26 P5β 50 A3α5β 0.319 * 0.2133 Preg17 0.282 27 P3α5β -0.380 51 A3α5βC 0.298 * 0.577 * 0.451 *4 Preg17C 0.700 * 0.714 * 0.752 * 0.561 * 28 P3α5βC 0.453 * 0.517 * 0.360 * 0.394 * 52 A3α5α17βC 0.383 * 0.395 * 0.624 * 0.312 *5 DHEA 0.667 * 0.277 * 29 P3β5β -0.359 * 53 A3β5α17βC 0.298 * 0.379 * 0.540 *6 DHEAC 0.587 * 0.588 * 0.840 * 0.643 * 30 P3β5βC 0.354 * 0.336 * 0.440 * 0.417 * 54 A3α5β17βC 0.409 * 0.474 * 0.574 * 0.392 *7 Adiol -0.554 * -0.362 * 0.405 * -0.507 * 31 Preg20α 0.560 * 55 A3β5β17βC 0.241 * 0.487 * * 0.507 *8 AdiolC 0.807 * 0.818 * 0.812 * 0.810 * 32 Preg20αC 0.432 * 0.655 * 0.647 * 0.561 * 56 Preg7α -0.233 -0.517 *9 Prog -0.285 * 33 Prog20α 0.296 * 0.138 57 Preg7β 0.402 * 0.567 * 0.472 *

10 Prog17 0.321 0.604 * 34 Prog20αC 0.291 * 0.256 * 0.426 * 0.383 * 58 DHEA7α 0.415 * 0.547 *11 A2 0.277 * 0.469 * 35 P5α20α 59 DHEA7β 0.262 0.417 * 0.455 * 0.355 *12 T -0.438 * 36 P5α20αC 0.267 * 0.490 * 0.723 * 60 AT7α 0.426 * 0.485 * 0.698 *13 E1 0.851 * 0.844 * 0.587 * 0.591 * 37 P3α5α20α -0.230 * -0.131 61 AT7αC 0.838 * 0.783 * 0.874 * 0.837 *14 E1C 0.571 * 0.685 * 0.744 * 0.507 * 38 P3α5α20αC 0.288 * 62 AT7β 0.275 * 0.408 * 0.531 *15 E2 0.682 * 0.665 * 0.560 * 39 P3β5α20α 63 AT7βC 0.849 * 0.832 * 0.861 * 0.803 *16 E2C 0.095 0.414 * 0.581 * 40 P3β5α20αC 0.283 * 0.378 * 0.173 64 Preg16α 0.533 * 0.697 * 0.622 * 0.590 *17 E3 0.758 * 0.802 * 0.556 * 0.745 * 41 P5β20α 65 Preg16αC 0.659 * 0.695 * 0.806 *18 E3C 0.688 * 0.683 * 0.734 * 0.910 * 42 P5β20αC 0.104 66 DHEA16α 0.816 * 0.899 * 0.877 * 0.750 *19 E116α 0.798 * 0.833 * 0.791 * 0.786 * 43 P3α5β20α -0.542 * -0.476 * 67 DHEA16αC 0.447 * 0.335 * 0.643 * 0.812 *20 E116αC -0.226 * -0.173 * -0.498 * -0.303 * 44 P3α5β20αC 0.244 * 0.095 * 0.405 * 68 Prog16α 0.477 * 0.680 * 0.601 * *21 P5α 45 P3β5β20α 69 A216α 0.769 * 0.751 * 0.737 * 0.723 *22 P3α5α 0.354 * 46 P3β5β20αC 0.236 * 0.259 * 0.373 * 0.212 * 70 T16α 0.357 * 0.485 * * 0.359 *23 P3α5αC 0.353 * 0.394 * 0.197 47 A3α5α24 P3β5α 48 A3α5αC 0.454 * 0.392 * 0.501 * 0.257 * 72 Week of gest. 0.952 * 0.933 * 0.912 * 0.917 *

Component loadings (correlations of variables with components)

UA UV MV AF

Table 7. Component loadings of predictive components (Pearson's correlation coefficients of the components with steroids and gestational age) for 70 steroids and gestational age in fourOPLS models evaluating relationshis between steroids in the serum from human umbilical artery, umbilical vein, maternal cubital vein and in amniotic fluid and gestational age at

premature and physiological labors from the 28th to 41th week of gestation

*Statistical significance (p<0.05)a) UA…umbilical artery, UV…umbilical vein, MV…maternal cubital vein, AF…amniotic fluidb) Empty cells represent steroids which were not included in the model after finding insignificat variable importance (for detail see Statistical analysis)

AF

Component loadings (correlations of variables with components)

Component loadings (correlations of variables with components)

UAa) UV MV UA UV MV AF

Úloha steroidů v lidském těhotenství a při porodu

Řada steroidů je velmi výrazně zvýšena v

těhotenství

Mohou působit v zásadě dvěma mechanismy

1. Vazba na nukleární receptory

2. Modulace membránových receptorů řídících

propustnost iontových kanálů

Vazba steroidů na nukleární receptory

Nejznámější jsou

Progesteronové receptory (progesteron, 5α- a

5β-dihydroprogesteron)

Estrogenní receptory (estradiol)

Pregnanové receptory typu X (relaxace uteru,

Mitchell 2005) (5β-redukované pregnanové

metabolity)

Účinky neuroaktivních steroidův periférii

V periférii (transport cirkulací, intrakrinní a parakrinní efekty?)

Ovlivnění kontrakce hladkého svalstva prostřednictvím napěťově-závislých K+ kanálů

(Yoshihara 2005) (myometrium) (Knock 2001)

– 3α,5α-pregnanové steroidy (prorelaxační)

+ Estradiol (prokontraktilní)

– Progesteron (prorelaxační)

Inhibice kalciových kanálů typu T v periférii odpovědných za vnímání bolesti (Todorović

2004)

+ 5β-Pregnanové steroidy

Inhibice myometriální aktivity C19 steroidy (inhibice kalciových kanálů typu L) antiandrogen

(flutamid), inhibitory proteinové syntézy (cycloheximid) a transkripce (aktinomycin D)

neúčinné => negenomový účinek (Perusquia 2005)

+ 5β-Dihydrotestosteron, DHEA, testosteron, 5α-dihydrotestosteron, androsteron, androstandiol

Metabolismus pregnanolonových isomerů

HO

O

H

20 -oxidoredukceDEAKTIVACE?

3 -oxidoredukceOBRAT MODULACE

7 -hydroxylaceDEAKTIVACE

3 -sulfataceOBRAT MODULACE

O

O

HHO

O

HO

O

HS

O

O

O

HO

O

HOH

HO

OH

H

Redukce 20-oxo skupiny nebo absence C20 => selektivní, na subtypu receptoru závislé snížení pozitivní allosterické modulace GABAA-r (cca 6x) (oocyty Xenopus laevis - Belelli, 1996)

játra

Velmi aktivní v závěru těhotenství

Snadná konverze

Podstatné rozdíly v biosyntéze a metabolismu steroidů mezi primáty a ostatními savci

Změny v metabolismu neuroaktivních steroidů ovlivňující nástup porodu

1. Změny oxidoredukční rovnováhy mezi 3α- a 3β-

PI…NE

2. Růst poměru estradiol/3α-PI…ANO

3. Pokles aktivity 5β-reduktázy…ANO

4. Akcelerující sulfatace…ANO

Poměry estradiolu k 5β-PI a 5β-DHP v mateřské cirkulacive třetím trimestru lidského těhotenství

0

5

10

15

20

25

30

35

40

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Gestational age (week)

Est

radi

ol/P

5

Week: F=7.30, p<0.0001Subject: F=8.04, p<0.0001

week 32 31 30 33 35 34 36 37 39 40 38n 29 26 29 29 30 30 27 25 18 5 24

X X X X X X X XX X X X X X X X

X X X X X XX X X X

0

1

2

3

4

5

6

7

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Gestational age (week)

Est

radi

ol/P

35

Week: F=22.5, p<0.0001Subject: F=29.1, p<0.0001

week 31 30 32 34 33 35 36 37 38 39 40n 27 29 30 30 30 30 30 26 24 18 5

X X X X XX X X X

X X X XX X X

X X X X

0

10

20

30

40

50

60

70

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Gestational age (week)

Est

radi

ol/P

35

Week: F=19.3, p<0.0001Subject: F=18.8, p<0.0001

week 31 32 33 30 34 35 36 37 39 38 40n 28 30 29 29 30 30 30 26 19 25 5

X X X X X XX X X X X X

X X XX X X X

Progresivní vzrůst poměrů porod provokujícího estradiolu k jednotlivým 5β-PS od 31. až 32. týdne

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Gestational age (week)

P3

5, c

onju

gate

d/fr

ee

week 31 30 32 34 33 35 36 37 39 38 40n 27 29 30 27 30 30 27 24 17 25 5

X X X X X X X X X XX X X X X X

Week: F=4.28, p<0.0001Subject: F=12.2, p<0.0001

0

20

40

60

80

100

120

140

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Gestational age (week)

P3

5, c

onju

gate

d/fr

ee

week 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40n 29 28 30 30 29 30 28 25 25 19 5

X X X X XX X X X X

X X X X XX X X X X

X X X X X

Week: F=14.3, p<0.0001Subject: F=15.9, p<0.0001

Poměry konjugovaných 5β-PI k volným 5β-PI v mateřské cirkulaci ve třetím trimestru lidského těhotenství

Akcelerující poměry

konjugáty/volné

steroidy u 5β-PI

Konstantní nebo

klesající hladiny 5β-PI

=> Mechanismus pro

inaktivaci

neuroinhibičních 3α-PI

(hlavně pregnanolonu)

při akcelerujících

hladinách porod

provokujícího

estradiolu před

nástupem porodu

Metabolismus pregnanových steroidůa změny hladin estradiolu okolo porodu

Známé informace Estradiol provokuje porod prostřednictvím ovlivnění citlivosti

neuronů k oxytocinu a stimulace syntézy estrogenních receptorů,

oxytocinu a prostaglandinů (Terenzi 1999, Fang 1996)

Nové poznatky Progresivní vzrůst poměrů porod provokujícího estradiolu k 5β-PS

od 31. až 32. týdne

=> Relativní zvýšení hladin porod provokujícího estradiolu k

progesteronu a jeho metabolitům udržujícím těhotenství

Změny aktivit 5α- a 5β-reduktázyv závěru těhotenství

Naše výsledky Poměr 5α-DHP/progesteron dosahoval nevýrazného maxima

ve 35. týdnu

Poměr 5β-DHP/progesteron odrážející aktivitu 5β-reduktázy

se snižoval od 31. týdne až k porodu (souhlasí s daty Gilbert

Evans 2005)

=> Pokles hladin 5β-PS zajišťujících relaxaci uteru je vyvolán

1. Prostřednictvím snížené aktivity 5β-reduktázy

2. Prostřednictvím zvýšené sulfatační aktivity

Odkazy na literaturu

1. Hill M, Parizek A, Bicikova M, et al. 2000 Neuroactive steroids, their precursors, and polar conjugates during parturition and postpartum in

maternal and umbilical blood: 1. Identification and simultaneous determination of pregnanolone isomers. J Steroid Biochem Mol Biol 75:237-44

2. Hill M, Bicikova M, Parizek A, et al. 2001 Neuroactive steroids, their precursors and polar conjugates during parturition and postpartum in maternal

blood: 2. Time profiles of pregnanolone isomers. J Steroid Biochem Mol Biol 78:51-7

3. Hill M, Parizek A, Klak J, et al. 2002 Neuroactive steroids, their precursors and polar conjugates during parturition and postpartum in maternal and

umbilical blood: 3.3beta-hydroxy-5-ene steroids. J Steroid Biochem Mol Biol 82:241-50

4. Klak J, Hill M, Parizek A, et al. 2003 Pregnanolone isomers, pregnenolone and their polar conjugates around parturition. Physiol Res 52:211-21

5. Hill M, Popov P, Havlikova H, et al. 2005 Reinstatement of serum pregnanolone isomers and progesterone during alcohol detoxification therapy in

premenopausal women. Alcohol Clin Exp Res 29:1010-7

6. Hill M, Popov P, Havlikova H, et al. 2005 Altered profiles of serum neuroactive steroids in premenopausal women treated for alcohol addiction.

Steroids 70:515-24

7. Parizek A, Hill M, Kancheva R, et al. 2005 Neuroactive pregnanolone isomers during pregnancy. J Clin Endocrinol Metab 90:395-403

8. Ebner MJ, Corol DI, Havlikova H, Honour JW, Fry JP 2006 Identification of neuroactive steroids and their precursors and metabolites in adult male

rat brain. Endocrinology 147:179-90

9. Havlikova H, Hill M, Kancheva L, Vrbikova J, Pouzar V, Cerny I, Kancheva R & Starka L 2006 Serum profiles of free and conjugated neuroactive

pregnanolone isomers in nonpregnant women of fertile age. J Clin Endocrinol Metab 91 3092-3099.

10. Hill M, Cibula D, Havlikova H, Kancheva L, Fait T, Kancheva R, Parizek A & Starka L 2007 Circulating levels of pregnanolone isomers during the

third trimester of human pregnancy. J Steroid Biochem Mol Biol 105 166-175.

11. Kancheva L, Hill M, Vcelakova H, Vrbikova J, Pelikanova T & Starka L 2007a The identification and simultaneous quantification of neuroactive

androstane steroids and their polar conjugates in the serum of adult men, using gas chromatography-mass spectrometry. Steroids 72 792-801.

12. Kancheva R, Hill M, Cibula D, Vcelakova H, Kancheva L, Vrbikova J, Fait T, Parizek A & Starka L 2007b Relationships of circulating pregnanolone

isomers and their polar conjugates to the status of sex, menstrual cycle, and pregnancy. J Endocrinol 195 67-78.

13. Kriz L, Bicikova M, Mohapl M, Hill M, Cerny I & Hampl R 2008 Steroid sulfatase and sulfuryl transferase activities in human brain tumors. J Steroid

Biochem Mol Biol 109 31-39.