子宫内膜异位症中着床相关因子的研究进展

· ·国外医学计划生育/生殖健康分册 2007年 26卷第 3期 子宫内膜异位症中着床相关因子的研究进展 浙江大学医学院附属妇产科医院(310006) 朱 榕 朱依敏综述 黄荷凤审校 摘 要 胚胎着床是包括人类在内的哺乳动物生命形成和持续发育的最关键的步骤。着床过程需胚胎和母体双 方的同步发育,涉及一系列因子的变化。子宫内膜在月经周期中有一个最适于胚胎着床的时间段称“种植窗”,在这个 阶段,人类子宫内膜细胞增殖分化活动以及与胚胎相互作用的机制,一直是生殖生理和生殖病理研究的最热点问。 目前认为,整合素等与子宫内膜容受性相关,研究这些相关因子在种植窗时期的达及在子宫内膜异位症患者中的 变化情况,可能有助于子宫内膜异位症相关性不孕患者的治疗。 关键词 子宫内膜异位症 整合素 降钙素 HOXA10 钙黏蛋白 收稿日期:2006-05-31 修回日期:2007-03-20 胚胎着床是一个复杂的程序化过程,要求子宫 内膜与胚胎同步发育,两者相互识别、黏附,最后完 成胚胎植入子宫内膜的过程。正常子宫内膜仅在一 个极短的关键时期内允许胚胎着床,这一时期代表 着子宫内膜容受性达到最高,被称为“种植窗” (implantationwindow)。人类的种植窗为月经周期的 第20～24天,在这段时间内与着床相关因子的表达 最适于胚胎的黏附与植入。子宫内膜异位症(EMs) 是目前常见的妇科疾病之一,其发病率近年明显增 高,且其与不孕的关系密切。研究与着床有关的因 子在种植窗时期的表达及其在EMs中表达变化,有 助于对EMs相关性不孕患者的治疗。 目前发现的与着床相关的因子较多,包括整合 素、降钙素、HOXA10、白血病抑制因子(leukenia inhibitoryfactor,LIF)、基质金属蛋白酶家族(MMPs) 及其组织抑制剂(TIMPs)、前列腺素(PG)、环氧合酶 (COX)、白细胞介素(IL)及其受体、组织胺、钙黏蛋 白、晶体蛋白、肝素结合表皮生长因子(HB-EGF)、 转化生长因子(TGF-α)、双调蛋白、培养抑制因子 (CSF-1)、瘦素等,现就其中研究较深入的几种,综述 如下。 整合素 整合素是一组二价阳离子依赖性的跨膜糖蛋 白受体家族,由α和β两个亚单位以非共价键形式 构成异源二聚体。主要介导细胞与细胞、细胞与细 胞外基质之间的黏附及信号传递,调节炎症反应、 血管生成、细胞迁移、增殖、分化和基因表达等类型 的细胞活动,促进输卵管黏膜分泌营养成分,促进 精子头部穿透进入卵母细胞,在子宫内膜种植窗口 期的表达促成种植窗的开放,促进受精卵穿透蜕膜 层和胎盘滋养层的形成[1]。 目前,已鉴定了24个整合素亚单位,16个α亚 单位和8个 β亚单位。研究发现,种植窗时3种整 合素 α4β1,αvβ3,α1β1同时出现,作为子宫内膜容 受性的标志物,在分泌中期腔上皮细胞、基质细胞均 有表达,而其表达异常与输卵管疾病、不明原因性不 孕及EMs相关[2]。研究证实,子宫内膜整合素表达 受到体内外类固醇激素的调节,但调节的具体机制 并不明确。Quezada等[3]发现,子宫内膜对类固醇激 素的高反应可诱导整合素 β3表达减少,从而可部 分解释着床失败的原因。也有研究认为,上皮膜蛋 白-2(epithelialmembraneprotein-2,EMP-2)参与调 控整合素亚基的产生,当用EMP-2特异性核酶减少 其表达时,可使子宫内膜上皮的αvβ3表达减少[4]。 就EMs而言,目前观点是αvβ3表达缺失与疾 病诊断相关,Lessey等对 241例女性的子宫内膜进 行活检后发现,整合素αvβ3的表达缺失与EMs的 诊断具有相关性(Wilcoxon检验,P=0.02),认为测定 子宫内膜 αvβ3分子具有较高的阳性诊断价值。大 多数认为输卵管疾病、不明原因不孕和EMs中整合 素表达下降,但这方面的研究并不充分,而 Thomas 等[2]的研究却证实,在主要因男方原因行胞浆内单精 子注射(ICSI)和主要因女方原因行体外受精(IVF) 及对照组中,整合素的表达无统计学差异。Ordi等[5] 也发现,Ⅰ～Ⅱ期EMs不孕女性的 αvβ3表达和不明 原因不孕及行输卵管结扎术的两个对照组相比无显 著统计学差异,认为Ⅰ～Ⅱ期EMs患者子宫内膜容 受性可能正常,但需更多研究证实。轻度EMs和不 孕的关系并不明确,至少目前无法证实哪种治疗有 效,且观察 6个月后大约 50%女性不治疗也会妊 娠。这些证据尚不能确定在轻微的EMs中子宫内膜 容受性可能受损,而使用类固醇激素治疗可能影响 整合素表达[2]。对EMs相关不孕症患者的整合素表 137 · · 国外医学计划生育/生殖健康分册 2007年 26卷第 3期 达仍需进一步研究,这对研究 EMs相关不孕症病 因、提高其辅助生殖技术的成功率有重要意义。 降钙素 降钙素(calcitonin)是一种 32个氨基酸组成的 多肽激素,最初由甲状腺的滤泡旁C细胞合成和分 泌,可调节破骨细胞介导的骨的再吸收,增强钙在 肾的排泄。此外,降钙素及其受体对胚胎和胎儿的 发育及精子的生理功能起重要作用。文献报道种植 窗时人和鼠子宫内膜的降钙素合成受孕激素短时 诱导,可达甲状腺合成的10%～20%[6]。时间的一致 提示降钙素可在植入过程中起调控信号的功能。 降钙素在植入时受孕激素诱导,且在多个种属 中的表达具保守性,可作为胚胎植入时子宫容受的 标记。Kumar等[7]研究狒狒种植窗子宫内膜降钙素 表达和激素调节的关系。排卵后9～10d狒狒内膜的 RT-PCR揭示降钙素 mRNA时期特异地表达, 与子宫内膜种植窗重叠,也与孕激素产生高峰一 致。测定体外培养人类子宫内膜上皮细胞的降钙素 表达,孕激素处理24h的上皮细胞荧光强度显著高 于对照组,且有剂量依赖的模式,小剂量雌激素对 降钙素表达无影响,而高浓度雌激素使荧光强度低 于对照组。从而认为孕激素以剂量依赖的方式促进 人类子宫内膜降钙素的表达,后者调控正常子宫内 膜容受性的形成,而雌激素倾向于抑制降钙素表 达。用抗孕激素治疗,阻断孕激素受体(PR)的动物 则显著减少降钙素表达,指出孕激素调节降钙素表 达,可能是基于受体介导的基因调控机制。排卵后, 大量PR立即表达于腺上皮、基质及子宫肌层中;黄 体中期,PR染色在腺上皮及基质中仍较强烈,但随 着黄体中期向黄体晚期发展,腺上皮的PR逐渐减 少。PR调节狒狒子宫内膜降钙素基因表达的机制仍 未知,可能是PR与降钙素启动子直接相互作用来 调控其表达,也可能是PR间接作用,如其诱导一个 基因产物,后者与降钙素启动子相互作用。 对实验小鼠使用反义寡脱氧核苷酸研究,提示 降钙素精确控制种植前的子宫容受性。体外培养内 膜细胞的研究显示,额外的降钙素导致细胞内钙的 增高,从而减少了细胞-细胞接触位点钙依赖的细胞 黏附分子———钙黏蛋白[8]。研究发现,给予外源性的 降钙素可降调妊娠鼠子宫内膜钙黏蛋白表达,而不 改变紧密连接标记的表达,这与体外实验观察到的 结果一致。与其他的上皮细胞一样,子宫腔上皮细 胞也由附着连接处的钙黏蛋白连接在一起。钙黏蛋 白水平的减退提示这些细胞横向黏连的改变。这与 啮齿类及灵长类的滋养层穿透子宫上皮的种植过程 一致。猜测种植时降钙素诱导钙黏蛋白降调可导致上 皮重塑,使细胞间隙更易于滋养层细胞穿透。种植时降 钙素大量增高与钙黏蛋白降调的联系需更多的研究。 目前认为输卵管疾病、不明原因不孕和EMs患 者的子宫内膜中降钙素表达明显减少。但目前为止 相关的研究并不多,EMs中降钙素表达的具体情况 及生理变化并不明确。EMs患者的异位内膜分泌催 乳素(PRL)增加,可使卵巢局部呈现相对高的 PRL 水平,从而直接抑制卵巢颗粒细胞对卵泡刺激素与 黄体生成激素的反应性,致血清雌孕激素水平低下, 进而可能通过 PR途径影响种植窗降钙素的表达, 从而影响胚胎植入过程。 HOXA10 HOXA10是 homeobox(HOX)基因家族的一员。 Homeobox基因参与生殖道发育、胚胎植入与发育的 调控过程。在生殖道发育中有 HOXA簇的 4个基 因:HOXA9,10,11和 13。特别是 HOXA10,可刺激 乳腺癌细胞p53启动子,促进PR的表达,也可调控 靶位点包括整合素 β3和 EMX2(emptyspiracles homolog2)的表达[9]。 HOXA10表达于子宫组织,尤其是内膜腺和间 质,其表达随月经周期而改变,受类固醇激素调控。 在雌激素占优势的增生期其表达为低水平,而在分 泌中期表达立即增加。子宫内膜HOXA10表达的高 水平与高孕激素水平和内膜容受性的发展一致[10]。 但孕激素介导的分子机制仍未知。现又有研究确定, 在人子宫内膜基质细胞上存在维生素受体(VDR), 1,25-(OH)2D3通过结合VDR并与HOXA10调控区 域的VDRE相互作用,可改变HOXA10表达。用1, 25-(OH)2D3处理的人类子宫内膜基质细胞,其 HOXA10mRNA和蛋白表达增加[11]。 研究显示,EMs女性HOXA10表达下降。虽然 EMs女性与非EMs女性的HOXA10基因的甲基化 无统计学差异[12],在EMs患者中其HOXA10表达下 降的分子遗传学机制未明,但因其与雌孕激素等的 关系密切,且已经证实改变HOX表达可影响妇女 的着床率[13],对其进一步研究也显得非常有意义。 钙黏蛋白 钙黏蛋白(cadherin)除主要参与介导特定器官 或组织同型细胞间黏附外,还参与其他的细胞间相 互作用,如细胞分化、细胞层分离、器官的形态发生、 信号传递等。胚胎发育、恶性肿瘤转移等过程也与钙 黏蛋白表达密切相关。 138 · ·国外医学计划生育/生殖健康分册 2007年 26卷第 3期 E-钙黏蛋白 (E-cadherin)是分子质量为 120～ 130ku的Ca2+依赖的跨膜糖蛋白,其通过细胞内配 体末端连环蛋白α,β和γ而与细胞骨架连锁,参与 上皮组织组建、维持与形态发生,也参与肿瘤形成 的过程。目前已在人类滋养层细胞中发现E-钙黏蛋 白,认为其介导细胞滋养层间的嗜同种受体反应。 对小鼠的研究证明,E-钙黏蛋白表达于围植入期的 胚胎和子宫内膜上皮细胞,而 Alikani[14]对 92例不 能用于IVF-ET的胚胎进行研究,发现E-钙黏蛋白 在表观形态学正常的胚胎中的分布具阶段依赖性。 培养前 3d,该蛋白分布于胞质并主要集中于细胞 的非接触区域,而第4天则重新分布于细胞-细胞接 触区。若胚细胞发育不同步或存在缺陷,则可发现 E-钙黏蛋白重新分布失败。但目前仍无直接证据表 明E-钙黏蛋白参与胚胎植入过程。 子宫内膜在月经周期各个阶段都表达钙黏蛋 白,但表达的亚型、量和部位不尽相同。E-钙黏蛋白 在分泌期内膜的表达明显高于增殖期,主要在上皮 细胞表达。钙黏蛋白在子宫内膜的表达受类固醇激 素的调节,用雌二醇(E2)处理子宫内膜,其分泌期 E-钙黏蛋白表达水平降低。有研究认为,小鼠子宫内 膜E-钙黏蛋白的降解、灭活是由雌激素引起的,使 细胞凋亡并快速失去相互黏附,为胚泡植入做好准 备。在内膜间质细胞,孕激素是调节钙黏蛋白表达 的主要类固醇激素,但调节过程需要雌激素的促进 作用,即内膜间质细胞表达钙黏蛋白必需雌、孕激 素。目前尚未发现雄激素有这方面的作用。 胚胎植入是一个复杂的过程,涉及广泛的细胞 外基质的降解和重组。无数研究已证实,MMPs降解 细胞外基质,参与调节胚泡植入的过程,而 MMP-2 和-9是植入过程中最主要的调节细胞外基质重组 的酶。有研究发现,E-钙黏蛋白可以影响 MMP-2 和-9的表达,从而影响植入过程,但 E-钙黏蛋白是 否确切通过抑制 MMP-2和-9活性而调节胚泡植入 的过程仍需更多研究。已有研究证实,EMs患者的 MMPs表达高于正常[15],而目前认为,EMs中E-钙黏 蛋白的表达下降,研究对两者间的关系,可能有助 于指导不孕症的治疗。 LIF LIF是一多效细胞因子,参与细胞分化、增生及 凋亡过程,也参与胚泡植入过程。鼠LIF基因靶的缺 失可导致胚泡休眠及植入失败。LIF是IL-6家族四 螺旋束细胞因子中的一员,由NK细胞产生,与具侵 袭性的滋养层细胞相互作用,活化尿激酶纤维蛋白 溶酶原激活剂(uPA)和明胶酶,后两者在滋养层侵 入中起作用。E2刺激LIF产生,孕激素则抑制其产 生[16]。以前研究显示,LIF在子宫中以双相模式表达: 妊娠第4天清晨短暂表达于子宫腺中,随着第4天 夜晚着床过程开始,则再次表达于环绕胚泡的子宫 内膜间质细胞。由于子宫中LIF受体(LIFR)的功能 未明,因而,LIF的双相表达是否是着床必需仍不清 楚。但实验发现,LIF缺失小鼠模型发生着床失败, 而于妊娠第4天夜晚给LIF缺失小鼠腹腔内注射重 组LIF,给药时间接近正常LIF表达第二相出现时 间,则可充分挽救失败的着床,提示该因子对着床过 程起关键作用[17]。 LIF决定子宫内膜接受胚胎的能力,可能通过 上调整合素β3来实现。目前认为,EMs患者子宫内 膜的整合素表达是减少的,除其他途径的影响外, LIF也可能是影响 EMs患者胚胎着床的因素之一。 最近的研究更证实,EMs患者腺上皮的 LIF表达下 降,提示可能与EMs相关不孕有关[18]。 瘦 素 瘦素(leptin)是 ob基因的产物,是分子质量为 16ku的多功能蛋白,以内分泌或旁分泌的方式在调 节体质量和生育中起重要作用。目前已有证据表明 其参与胚泡植入与胎盘形成过程,但其在正常胚泡 植入过程中的机制尚不清楚。已有研究发现,卵泡期 血清瘦素浓度较低,而在黄体期存在一个峰值,但月 经周期中瘦素水平变化与其功能的关系尚存在争 议。Cervero等[19]研究认为,分泌期子宫内膜是瘦素 作用的靶组织,而卵母细胞和植入前胚泡具有瘦素 受体(OB-R)mRNA,表明瘦素是胚胎发育必需的。 在研究胚胎植入的体外培养模型时发现,瘦素 可促进鼠胚泡黏附及向纤维结合蛋白中生长。在离 体子宫内膜上皮细胞中,瘦素可上调整合素 αvβ3 表达,促进细胞黏附至细胞外基质蛋白。Ramos等[20] 研究表明,瘦素可增加体外培养的子宫内膜细胞中 整合素 β3,LIF,IL-1及血管内皮生长因子(VEGF) 的表达,诱导人类滋养层细胞获得侵入表型。ob基 因突变缺失的小鼠会罹患肥胖和不孕,但给予外源 性瘦素可恢复这类小鼠的生育能力,而受精后停止 给予外源性瘦素又可影响着床。ob基因突变缺失的 女性于受精后停止给予外源性瘦素可影响胚胎着 床,认为测定血清瘦素浓度与内膜着床潜能相关,并 且已在不明原因不孕患者的子宫内膜中发现 OB-R 的低表达。因瘦素对代表子宫内膜容受性的细胞因 子的表达有作用,所以瘦素本身可能即对着床过程 139 · · 国外医学计划生育/生殖健康分册 2007年 26卷第 3期 有作用,但这方面仍需更多的研究。 有研究认为,EMs所致内膜改变应与瘦素家族 的降调有关,但 Lima-Couy等[21]比较 30例中重度 EMs患者在位内膜与 12例对照组的 OB-RmRNA 的表达情况后认为,病例组与对照组中均可见着床 期内膜OB-RmRNA较着床前内膜有升高,但两组 间无统计学差异,因而EMs中瘦素的变化情况仍需 更多的研究。 胚胎着床是一个复杂的过程,参与的因子还有 许多机制仍不清楚,更不用说在疾病状态下的变化 情况。EMs作为一种常见的妇科病与不孕关系密 切,目前的治疗大都为缓解症状,并没有十分有效 的治疗EMs相关性不孕的方法。研究各种治疗措施 对 EMs患者种植窗口期着床相关因子表达情况的 影响,将有助于了解着床过程以及疾病状态下各因 子的变化,指导对不孕症的治疗。 参 考 文 献 [1]BotellaLlusiaJ.Integrinsandreproduction[J].AnRAcadNac Med(Madr),2001,118(1):173-185. 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