Введение

Задержка внутриутробного развития (ЗВУР) плода становится всё более распространённой проблемой не только в России, но и во всём мире. По обобщённым эпидемиологическим данным, ежегодно в мире рождается около 30 млн младенцев с этим диагнозом [1, 2]. ЗВУР обусловливает около 30% мертворождений, высокую перинатальную заболеваемость и смертность, является частой причиной досрочного родоразрешения, а также неблагоприятных психоневрологических последствий [3–5]. Среди причин выделяют широкий спектр плодных, материнских и плацентарных факторов [6]. Нарушение плацентации и маточно-плацентарного кровообращения, оксидативный стресс и воспаление при различных патологиях беременности ведут к хронической гипоксии плода. Одной из наиболее распространённых экстрагенитальных патологий беременности является анемия, которая вносит значимый вклад в развитие гипоксических состояний как матери, так и плода [7]. Наряду с классическими этиологическими факторами (дефицит железа, фолиевой кислоты) в последние годы активно изучают роль генетической предрасположенности [8]. Особый интерес представляют гены, участвующие в адаптации к физиологической гипоксии беременности.

Гипоксией индуцируемый фактор-1α (HIF-1α), кодируемый геном HIF-1A, является ключевым регулятором клеточного ответа на гипоксию. Он контролирует экспрессию сотен генов, в том числе эритропоэтин (EPO) – основной стимулятор эритропоэза [9]. Полиморфизм rs11549465 (C>Т, Pro582Ser) функционально значим: аллель Т ассоциирована с повышенной транскрипционной активностью белка и улучшенной адаптацией к гипоксии [10]. Ранее её роль изучалась преимущественно в контексте нарушений плацентации, преэклампсии и задержки роста плода, однако появились данные о том, что варианты HIF-1A, ухудшающие гипоксический ответ, могут нарушать физиологическую стимуляцию эритропоэза во время беременности, предрасполагая к анемии [11].

Новокузнецк – крупный индустриальный центр Кемеровской области – Кузбасса, в котором сконцентрированы предприятия металлургической, углеперерабатывающей и химической промышленности. Немногим меньше половины территории области относится к категории кризисной экологической ситуации, причём Новокузнецк, по данным Росгидромета, имеет очень высокий уровень загрязнения атмосферы. Наибольшую потенциальную угрозу населению городов юга Кузбасса представляют бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота (NO2), фтористый водород, оксид азота (NO), оксид углерода (CO), диоксид серы (SO2) [12]. Хроническое воздействие загрязнителей воздуха, характерное для промышленных центров, нарушает кислородный гомеостаз материнского организма и оказывает прямое эмбриотоксическое и фетотоксическое действие, приводя к задержке внутриутробного развития плода. Многочисленные эпидемиологические исследования и лабораторные эксперименты на животных подтверждают, что основными механизмами этого воздействия являются индукция окислительного стресса, прямое повреждение ДНК плаценты и плода, а также эндокринные нарушения [13].

Цель исследования – выявить связь между полиморфизмом гена HIF-1A, анемией во время беременности и задержкой внутриутробного развития плода у женщин, проживающих в регионе с высокой антропогенной нагрузкой.

Материалы и методы

Оценка валовых атмосферных выбросов и среднегодовых концентраций загрязняющих веществ в Новокузнецке проведена за период с 2021 по 2024 г. Использованы данные Кемеровского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды – филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Западно-Сибирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Проведены два независимых пилотных исследования («случай – контроль») на когорте беременных женщин, проживающих на территории крупного промышленного центра Кемеровской области – Кузбасса (Новокузнецк).

Первую группу составили 37 беременных женщин (средний возраст 28,3 ± 4,1 года) с диагностированной анемией, осложняющей беременность, деторождение и послеродовой период (код МКБ-10 – O99.0) и 53 беременные женщины без данной патологии (средний возраст 27,8 ± 3,9 года). Забор венозной крови для клинического и генетического анализа проводили при постановке на учёт в женской консультации. Диагноз анемии устанавливали согласно критериям ВОЗ (Hb < 110 г/л).

Во вторую группу вошли 23 женщины, родившие детей с задержкой внутриутробного развития, и 33 женщины с благополучно протекавшей беременностью, завершившейся рождением здорового доношенного ребёнка. Были также обследованы дети, рождённые этими женщинами: 19 детей с задержкой внутриутробного развития и 40 здоровых. Диагноз верифицировали по клиническим рекомендациям (протоколу лечения) «Оценка физического развития детей и подростков» (письмо Минздрава России от 21.11.2017 г. № 15-2/10/2-8090), согласно которым диагностируют асимметричную форму ЗВУР при массе тела ниже 10-го перцентиля для данного гестационного возраста и симметричную форму (гипопластический тип) – при отставании массы тела и роста ребёнка. Геномную ДНК выделяли с помощью метода фенол-хлороформной экстракции из лейкоцитов периферической крови [14]. Типирование генов проводили методом Real-Time на приборе DTprime 4 (ООО «НПО ДНК-Технология», Россия). Тест-системы для молекулярно-генетического анализа полиморфизма гена HIF-1A гипоксией индуцируемого фактора-1α разработаны ИХБФМ СО РАН и синтезированы ООО «СибДНК». Сравнение частот встречаемости генотипов с целью выявления ассоциации с риском развития анемии и задержки внутриутробного развития плода проводили с использованием критерия χ², который показывает наличие или отсутствие статистической значимости различий между фактическими данными в выборке и теоретическими результатами. Расчёт ОR позволяет оценить связь между фактором риска и вероятностью наступления исхода, которые предположил исследователь [15]. Тест на соответствие распределения генотипов равновесию Харди – Вайнберга проводили с использованием точного критерия [16].

Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний» (протокол заседания № 4, § 1 от 18.11.2021 г.), проведено согласно общепринятым научным принципам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения медицинских исследований с участием человека в качестве субъекта» с поправками 2013 г.

Результаты

Общий объём валовых выбросов в атмосферу Новокузнецка с 2021 по 2024 г. незначительно снизился – с 268,297 до 256,683 тыс. тонн. Снижение составило 11,614 тыс. тонн, что связано с участием Новокузнецка в федеральном проекте «Чистый воздух».

В табл. 1 представлены среднегодовые концентрации канцерогенных загрязняющих веществ, выраженные в мг/м³ и долях ПДК.

Среднегодовые концентрации бенз(а)пирена превышали установленную ПДК в 6,2–11,2 раза за весь изучаемый период, наибольшее превышение ПДК (11,2) наблюдалось в 2022 г. Среднегодовые концентрации формальдегида были выше соответствующей ПДК в 2021–2024 гг. (1,7–3,95 раза). В 2021 г. среднегодовые концентрации углерода (сажи) были ниже ПДК; с 2022 г. измерения концентраций этого вещества в городе не проводят.

В ходе молекулярно-генетических исследований выявлены полиморфные варианты гена HIF-1A (rs11549465), достоверно связанные с развитием анемии, отягощающей беременность, и задержкой внутриутробного развития плода, а также формы, ассоциированные с устойчивостью к развитию данных патологий.

Генотип СС гена HIF-1A (rs11549465) статистически достоверно связан с развитием анемии (χ² – 4,73; OR – 3,57), генотип СТ связан с резистентностью к развитию анемии (χ² – 4; OR – 0,31) (табл. 2).

Анализ полученных результатов, представленных в табл. 3, свидетельствует о том, что в группе пациенток, родивших детей с задержкой внутриутробного развития, статистически достоверных связей с полиморфизмом гена HIF-1A не обнаружено.

В группе детей с ЗВУР показана статистически достоверная связь гомозиготной аллели СС гена HIF-1A с задержкой внутриутробного развития у новорождённых (χ² – 4,59; OR – 7,71) и гетерозиготной аллели СТ с нормальным развитием (χ² – 3,93; OR – 0,15) (табл. 4).

При анализе сочетаний форм гена HIF-1А у матери и ребёнка была показана статистически достоверная связь сочетания гомозиготных аллелей СС/СС гена HIF-1A у матери и у ребёнка с задержкой внутриутробного развития (χ² – 5,76; OR – 6,26), а сочетания гомозиготной аллели СС гена HIF-1A с гетерозиготной аллелью СТ гена HIF-1A – с нормальным развитием новорождённых (χ² – 4,9; OR – 0,18) (табл. 5).

Таким образом, выявлена статистически достоверная связь генотипа СС с гипоксией индуцируемого фактора-1α, развитием анемии беременных и задержкой внутриутробного развития плода, особенно в случае сочетания данных форм гена у матери и эмбриона, в то время как генотип CT увеличивает вероятность нормального течения беременности и рождения здорового ребёнка.

Обсуждение

Практически при всех болезнях инфекционной и неинфекционной природы, в условиях стресса, а также при нарушении маточно-плацентарного кровотока, курении, алкоголизме и других негативных факторах формируется патологическая эндогенная гипоксия [17, 18]. Снижение эффективности подачи кислорода тканям приводит к нарушениям регуляции микроциркуляторного русла, экстравазации, активации лейкоцитов и других иммунных и провоспалительных резидентных клеток, которые продуцируют активные формы кислорода, приводя к окислительному стрессу и митохондриальной дисфункции [19–22]. Ведущую роль в адаптации организма к гипоксии играет кислород-чувствительная субъединица HIF-1α, активность которой генетически детерминирована. В настоящее время обнаружено 16 однонуклеотидных полиморфизмов гена HIF-1A, влияющих на активность субъединицы и ассоциированных с различными патологиями. Одним из наиболее изученных является rs11549465 С>Т, приводящий к замене пролина на серин (Pro582Ser; C1772T), который влияет на функционирование мРНК HIF-1α, повышая экспрессию фактора транскрипции HIF-1α [23–28].

На фоне незначительного снижения общего объёма валовых выбросов в атмосферу Новокузнецка с 2021 по 2024 г. наблюдается стойкое превышение ПДК среднегодовых концентраций бенз(а)пирена и формальдегида, которые относятся к веществам I и II классов опасности. Сочетанное воздействие этих поллютантов способно не только вызывать прямые повреждения дыхательной системы, но и формировать хроническую тканевую гипоксию, что особенно критично в период гестации.

Одним из ключевых соединений, нарушающих кислородный гомеостаз, является формальдегид. Классически его токсичность связывают с образованием ДНК-белковых сшивок и локальным воспалением, однако недавние исследования выявили его прямое деструктивное действие на центральный регулятор адаптации к гипоксии. Формальдегид относят к протеотоксическим стрессорам – агентам, вызывающим структурное повреждение белков. Было установлено, что субъединицы HIF-1α и HIF-2α содержат протяжённые внутренние неупорядоченные области, которые делают их чрезвычайно уязвимыми к повреждению альдегидами. Формальдегид вызывает быструю и селективную деградацию HIF-1α, при этом в отсутствие протеасомной деградации повреждённый белок становится нерастворимым и денатурированным. Таким образом, вместо активации защитного ответа на гипоксию происходит инактивация HIF-1α, что лишает клетки способности адекватно реагировать на кислородное голодание [29].

Формальдегид также способен переключать метаболизм на анаэробный гликолиз даже в присутствии кислорода, стимулируя этот процесс через индукцию HIF-1α. Возникает парадоксальная ситуация кислородного голодания в условиях избытка кислорода, что усугубляет митохондриальный стресс [30]. Хроническое воздействие формальдегида может приводить к истощению нормальной физиологической реакции на гипоксию.

Бенз(а)пирен, типичный представитель ПАУ и приоритетный канцероген для промышленных городов, является мощным прооксидантом. Показано, что бенз(а)пирен влияет на пролиферацию клеток через модуляцию метаболических генов и сигнального пути ROS/HIF-1α/HO-1, что сопровождается индукцией активных форм кислорода. Кроме того, бенз(а)пирен одновременно активирует арилуглеводородный рецептор (AhR), запуская сигнальный каскад, который потенцирует митохондриально-опосредованный апоптоз [31].

Таким образом, проживание в условиях хронического воздействия формальдегида и бенз(а)пирена создаёт синергичный фон митохондриальной дисфункции и окислительного стресса. Это приводит к истощению нормальной физиологической реакции на гипоксию, опосредованной HIF-1A, что критически значимо для реализации генетического риска, связанного с полиморфизмом rs11549465, особенно у беременных женщин.

В ходе исследования нами показана единая генетически детерминированная основа нарушения адаптации к гипоксии беременности, проявляющаяся на материнском уровне анемией, а на фетоплацентарном – задержкой внутриутробного развития плода. У матери – носительницы полиморфного варианта CC гена HIF-1A наблюдается недостаточная стимуляция эритропоэза в ответ на гемодилюцию и растущую потребность в кислороде [32]. У ребёнка слабый ответ HIF-1α в плаценте ведёт к неоптимальной васкуляризации и нарушению инвазии трофобласта, что является известным механизмом плацентарной недостаточности и ЗВУР [33–35].

Женщина с генотипом СС изначально имеет сниженные компенсаторные резервы для адаптации к беременности. У неё выше риск развития анемии, и её организм может хуже обеспечивать формирование полноценной плаценты. Если плод также унаследует низкоактивную аллель С, его собственная способность стимулировать ангиогенез и рост в условиях даже лёгкой плацентарной недостаточности оказывается сниженной. Это приводит к синергическому эффекту и высокой вероятности развития ЗВУР (OR – 6,26). В условиях промышленного региона данная генетическая предрасположенность может усугубляться экзогенной гипоксией и другими факторами среды.

Ограничения исследования. Исследование носило пилотный характер, поэтому было ограничено объёмом выборки.

Заключение

Полученные данные позволяют рассматривать полиморфизм HIF-1A (rs11549465) в качестве кандидатного маркёра для стратификации риска развития синдрома нарушения адаптации к беременности, включающего материнскую анемию и фетоплацентарную недостаточность в условиях высокой антропогенной нагрузки. Выявление женщин с генотипом СС, особенно в семьях, где партнёр также может быть носителем аллели С, позволяет отнести их к группе максимального риска развития ассоциированных осложнений (анемия + ЗВУР). Для этих женщин необходимы усиленные меры профилактики: прегравидарная подготовка, ранний мониторинг гемоглобина и показателей фетоплацентарного комплекса, коррекция условий труда и жизни.

Для подтверждения гипотезы необходимы проспективные исследования на крупной когорте.