胚胎着床的子宫内膜免疫学研究现状与展望

胚胎着床的子宫内膜免疫学研究现状与展望 胚胎着床的子宫内膜免疫学研究现状与展 望 广东医学20— 07~1旦旦笙垫鲞箜?1553? l争j囊饭|堑_ 胚胎着床的子宫内膜免疫学研究现状与展望 全松陈雷宁 南方医科大学南方医院生殖医学中心(广州510515) 胚胎着床的过程极为复杂,包括定位,黏附和侵入三个 阶段.着床仅发生在一个极其有限的时间与空间范围内(即 所谓的"着床窗"),需要子宫内膜和胚胎准确的同步化,相 互作用和配合.不少专家认为,在胚胎质量良好的前提下, 着床是妊娠获得成功最关键的环节,由于着床尚未充分 阐明,人们对这一过程的具体细节依然知之甚少.长期以 来,着床被认为是卵巢激素依赖性的过程,动物试验和激素 替代治疗在赠卵体外受精一胚胎移植(IVF—ET)患者中成 功应用的经验表明…,内分泌(尤其是卵巢分泌的性激素) 环境直接影响胚胎质量和子宫内膜容受性,并与孕中晚期的 妊娠并发症密切相关.然而,随着近年来生殖免疫学基础理 论和实验技术的迅猛发展,越来越多的证据显示着床过程必 需依赖免疫细胞与免疫分子的充分参与和精细调节.迄今 为止,人类着床期的子宫内膜局部免疫调节研究报道仍然较 少,绝大多数研究集中在系统免疫机制上.为此,我们对近 年来着床免疫学研究的主要进展做一分析,并对未来可能的 发展方向进行展望. 1子宫内膜着床相关免疫机制 1,l参与着床的免疫细胞及其功能子宫内膜是胚胎正常 着床的唯一场所,围着床期子宫内膜局部发生了复杂的神经 一 内分泌一免疫程序化调节,构成精细的免疫微环境,这种 变化在防止病原体感染的同时令子宫内膜的接受性达到最 大并与胚胎发育同步,以利于胚胎着床,而内膜免疫细胞与 细胞因子构成了这种免疫微环境的主要物质基础. 1.1.1T细胞子宫内膜中的T细胞主要分布于功能层, 包含丰富的T细胞亚群.CIM+T细胞可按激活后分泌的细 胞因子谱分为Thl型和Th2型两个功能亚群,在机体免疫调 节中发挥截然不同的作用.卟1型细胞是细胞介导的炎症 反应细胞,主要分泌IL一2,IFN一及TNF—B等细胞因子, 参与细胞介导免疫,巨噬细胞及自然杀伤(NK)细胞活化,进 而损害着床与胚胎发育;Th2型细胞是体液免疫反应细胞, 主要分泌IL一4,IL一6及IL一10等因子,有利于妊娠的建立 与维持.大量的研究表明:正常妊娠是一种Th2偏移现象, 即母体倾向于Th2型细胞及因子介导的体液免疫,避免半同 种移植物——胚胎被母体免疫系统排斥与攻击-2].尽管这 一 理论曾广为人们所接受,但它却不能解释所有的妊娠成功 现象,最具说服力的证据来自于单纯T细胞缺陷小鼠可以正 常妊娠,而NK细胞和T细胞联合缺陷的小鼠着床处发生蜕 膜水肿,腺体萎缩和血管闭塞,进而导致流产或死胎….因 此,越来越多的学者倾向于认为,母胎界面最重要的免疫识 别系统是NK细胞而不是T细胞. CD4,C1325T调节性淋巴细胞(CD4,CD25及Tr) 是由日本学者Sakaguchi在1995年首先报道的一类具有调 节自身T细胞功能的T细胞亚群.Foxp3的活化表达是 CD4,CD25及Tr生成及功能维持的特定标志.越来越多 的证据显示,这类Tr在自身免疫耐受的维持中发挥重要作 用;最近的研究提示它还可能在人类妊娠中扮演重要的角 色,参与正常妊娠的维持,防止流产的发生,其机制包括抑制 杀伤性T细胞,NK细胞的活性和分泌抑制性细胞因子. 有学者预计,对CD4,CD25及Tr的系统研究从而开发相 应的细胞输注技术治疗反复自然流产和着床障碍是一可行 途径,相关动物试验研究已经取得振奋人?22的成果. 1.1.2NK细胞子宫NK细胞(uNK)在诸多方面存在与 外周血NK细胞的不同的突出特点,这些特点很可能与生殖 调节密切相关,已成为目前生殖免疫学研究的热点.现有的 资料显示,uNK主要由CD56,CD16和CD56,CD16两 种亚群组成,前者对胚胎具有免疫保护作用,后者具有免疫 杀伤功能,两者的相互配合可能与内膜在最大程度上容受胚 胎,防止滋养细胞过度侵入的功能中达到平衡.增殖期子宫 内膜中uNK并不占据优势,但在围着床期uNK数量与比例 迅速增加.实验研究显示,与胚胎着床密切相关的NK细胞 功能包括:?细胞表面表达多种黏附分子如CD2,CD7, CD58,CD54和CD49d,以旁分泌和自分泌的形式分泌 CSF一1,TNF一,IFN一,GM—CSF,TGF—B和LIF等细胞 因子,有助于胚胎植入,促进绒毛发育和胎盘形成;?uNK 与内膜问质细胞紧密相连,在触发和维持蜕膜化过程中可能 起主要作用.随着研究的不断进展,人们越来越认识到NK 细胞在着床过程中发挥着T细胞无法比拟的重要功能.在 不明原因不孕症,反复自然流产和IVF—ET失败的患者中 常可检出NK细胞数量和功能异常,包括围着床期子宫内膜 及外周血CD56,CD16一及NK细胞数量下降,NK细胞激活 标志物CD69,CD161高表达].因此,有学者-6提出 cD56,CD16一及NK及CD69,CD161可作为着床与妊娠 结局的预测因子之一. 1.1.3NKT细胞NKT细胞是子宫内膜中一类特殊的细 胞群体,属cD3,CIM一及CD8一细胞,它在表达T细胞表面 受体(TCR)WB的同时表达NK1.1抗原,全称为NK1.1+ BT细胞.NKT细胞具有下列效应[:?产生大量的IL一4 和IFN一;?调节周边环境Thl/Th2平衡;?一定的细胞杀 伤作用;?调节树突细胞功能;?诱导NK细胞增生.NKT 细胞最引人的特点是在围着床期数量突然增加至增殖期的 40倍,高于外周血10倍,提示它对胚胎着床可能具有重要 作用J.然而,目前有关NKT细胞在围着床期生物学功能 的研究依然少见,加强对它的研究很可能有助于更好理解胚 ? 1554? 胎着床的免疫控制机制. 1.1.4外周血淋巴细胞在应用小鼠脾细胞和胸腺细胞进 行子宫内膜间质注射可提高着床成功率的基础上.人们进一 步研究了外周血单个核细胞(PBMC)预处理对胚胎着床的 影响.KOSAKA等叫的研究发现,将增殖晚期与分泌早期 的人子宫内膜细胞与PBMC共培养72h后.其与Bew0绒癌 细胞株的黏附能力明显增强,作者推测淋巴细胞可能政变了 子宫内膜容受性.NAKYAMA等u应用体外鼠胚侵入定量 试验发现了早孕妇女PBMC可促进鼠胚在Mat6gel胶上的 伸展与侵入能力;同时,经hCG处理的非孕妇女PBMC也能 观察到这一现象.同一组研究者最近报道Ll,对反复发生 IVF—ET失败(I>4次)的患者在取卵日抽取自体PBMC,以 HCG培养48h后与新鲜获得的PBMC共同注入患者宫腔; 取卵后5d进行囊胚移植;在临床妊娠率,着床率和活产率 上,PBMC处理组明显优于对照组.这些发现说明,以hCG 处理患者PBMC后进行宫腔注射有可能成为治疗反复IVF — ET着床障碍的有效,但其确切机理仍然不清楚,值得 深入探索. 1.2参与着床的细胞因子细胞因子对细胞增殖,凋亡或 坏死发挥重要的调节作用,其对胚胎和胚胎微环境的影响, 在很大程度上决定着妊娠成功还是失败. 1.2.1核因子一KB(NF—KB)该因子是近年来发现的一 类核转录因子,其活化后参与启动并调节机体免疫和炎症反 应,细胞凋亡及增殖分化等相关基因的转录.NAKAMURA 等的研究显示,小鼠子宫NF—KB的激活主要见于着床 窗口期的子宫内膜上皮细胞;应用IKBa突变体cDNA转染 子宫腔使内膜NF—KB活性降低后.LIFmRNA表达明显受 抑,同时受精卵的植入明显延迟;共转染LIFcDNA和IKBa 突变体cDNA可部分恢复因NF—KB活性降低导致的植入 延迟,这一结果提示激活的NF—KB是窗口期的标志物之 一 ,其机帝】部分是通过控制LIF表达而实现.但迄今仍 鲜见人类子宫内膜中NF—KB的相关报道,值得开展相关研 究. 1.2.2白细胞介素18(IL一18)人类IL一18基因位于第 l1号染色体长臂上,半胱天冬酶一1和蛋白酶一3可将IL一 18前体蛋白激活成IL一18.IL—l8受体(IL一18R)在巨噬 细胞,淋巴细胞,中性粒细胞,NK细胞,内皮细胞上均有不同 程度的表达.IL一18的信号分别通过IRAK—NF—KB抑制 激酶一NF—KB通路和MAPK途径进行传导,其作用是:? 刺激NK细胞增殖与活化,呈剂量依赖性上调NK细胞毒性, 诱导IFN一^y产生,并与IL一12,IL一15存在协同作用;?与 IL一12协同诱导CD3T细胞向Th1分化;?在IL一4的共同 作用下诱导Th2形成;?激活Mdp并刺激其分泌IFN一^y. IL一18结合蛋白(IL一18BP)与IL一18呈高亲和力结合,阻 断其诱导的IFN一^y产生和NF—KB活化.IL一18,IL一18R 和IL一18BP在人类子宫内膜上均有表达,而且这种表达存 在着一定的空间与时间特异性:内膜功能层较基底层含量 高;与增殖期比较,分泌期IL一18,IL一18R的mRNA表达下 降,IL一18BP表达升高.有关研究表明,IL一18是uNK 细胞的生长因子之一,在胚胎植入处的子宫内膜处有大量 IL一18阳性的uNK细胞聚集;它与母胎界面IL一12,IL一15 间存在动态平衡,其间的关系失衡将导致uNK活性异常,进 而影响着床的关键步骤——血管生成与重铸,导致流产,反 GuangdongMedicalJournalOct.2007,Vd.28.No.10 复IVF—ET失败. 1.2.3肿瘤坏死因子(TNF)相关凋亡诱导配体及其受体 (TRAIL/TRAIL一)TRAIL/TRA/L—Rs是新发现的TNF 超家族成员,TRAIL与死亡受体DR4,DR5结合后可产生诱 导凋亡作用,而DcR1等凋亡诱骗受体与TRAIL结合后保护 细胞免于凋亡.生理务件下,TRAIL具有选择性细胞毒作 用,即仅诱导转化或活化细胞,病毒感染细胞或肿瘤细胞凋 亡,而不引起正常细胞凋亡.目前的研究显示,TRAIL/ TRAIL—Rs诱导母胎免疫耐受至少包括两个方面【l:?通 过调节滋养细胞的凋亡过程,参与滋养细胞的周转与重塑: ?诱导母胎界面活化的免疫细胞凋亡,调整免疫效应细胞的 比例.但是,目前对母胎界面上影响TRAIL/TRAIL—Rs功 能的调节因素尚需进一步研究. 2着床过程中胚胎的主动免疫诱导 就免疫学的角度而言,自身胚胎是母体的同种半异体移 植物,赠卵胚胎则是母体的同种异体移植物.胚胎的顺利着 床除需窗口期内膜的容受性增强外,还与胚胎的主动参与密 切相关.目前的生殖免疫学研究已经表明,胚胎在着床过程 中并非仅仅扮演着被动接受的角色.通过母体与胚胎间独 特的信号交流,胚胎从多种途径积极诱导母胎界面免疫微环 境的构建,形成了所谓的"母胎对话"机制. 2.1HLA—G抗原滋养细胞不表达经典的主要组织相容 性复合体(MHC)I和?类分子,只表达非经典的MHCI类 分子的特征密切相关,目前对这类分子研究较为深入的是人 白细胞抗原G(HLA—G).HLA—G特异的表达于绒毛外滋 养细胞表面,其诱导母体对胚胎免疫耐受的机制仍然不清 楚,但现有的研究"显示它可通过多种途径在母胎界面局 部发挥免疫抑制作用,包括抑制NK细胞,T细胞杀伤活性; 诱导CD8+T细胞凋亡;促进Thl/Th2细胞因子平衡向Th2 偏移. 2.2绒毛膜促性腺激素(CG)CG由早期胚胎分泌:早在2 细胞阶段,即可检测到CGmRNA,而在着床前胚胎已可分泌 CG.早已有狨猴和人类实验研究显示,在不干扰卵巢周期 的情况下,CG抗体可导致不孕.CG除能作用于黄体间接令 孕酮释放外,对内膜还具有直接的旁分泌效应.CG可刺激 内膜单核细胞分泌活性因子,促进胚胎侵入;CG还能调节内 膜上许多蛋白质,如白血病抑制因子(LIF),内皮细胞生长因 子,胰岛素样生长因子结合蛋白一1(IGFBP一1),巨噬细胞 集落刺激因子和基质金属蛋白酶(MMP)一9等,目前已经明 确这些因子与着床相关的蜕膜化,血管生成,免疫调节以及 基质变构密切相关. 2.3细胞因子胚胎能合成与分泌许多在着床期内膜上检 测到的细胞因子,其中某些因子参与了母胎信号交换过程. 许多研究显示【1,胚胎分泌的IL一1具有促进内膜转化与 白细胞分化,诱导白血病抑制因子和粒细胞集落刺激因子表 达,激活LIF和IGFBP一1转录等诸多功能,进而从不同角度 促进胚胎植入和内膜容受性增强.胰岛素样生长因子 (IGF)系统是"母胎对话"中另一重要成员,母体胰岛素与 IGF可促进胚胎发育,而着床前胚胎分泌的IGF结合蛋白调 节IGF的活性. 2.4触珠蛋白(HG)和子宫珠蛋白(UG)母体细胞因子也 能被胚胎获取,储存并反作用于母体,HG和UG就是良好的 广东医学2007年1o月第28卷第1o期 范例"】.由于HG能降低白细胞黏附和侵入细胞外基质的 能力,因此有学者认为胚胎表层大量蓄积的HG保护胚胎免 受母体免疫细胞攻击;另外在滋养层细胞侵入的过程中可持 续释放HG,已被证明具有诱导免疫耐受的作用.同样地, UG被胚胎摄取,储存后,可作用于母胎界面免疫细胞并调节 其活性. 关于免疫细胞与分子参与胚胎着床的机制,目前仍处于 探索性研究阶段,研究成果主要来自于啮齿类动物试验和体 外试验.由于免疫学机制仅仅是错综复杂的着床过程的一 部分,有关其确切地位,调节途径与干预方式依然存在相当 多未解之处,要尽可能地揭示其中的奥秘有赖于新技术,新 方法的不断引入和应用,更有赖于观念和理论的更新与突 破.有理由相信.随着研究的不断深入,有助于人们进一步 理解免疫学机制在生殖过程中的作用,为开发崭新的生育调 节与助孕技术奠定基础,使着床障碍(如体外受精一胚胎移 植失败),习惯性流产,免疫性不孕的患者从中获益,同时也 为开展异位妊娠,免疫避孕,器官移植研究提供新的思路. 参考文献 [1]MAKRIGIANNAKISA.Mechanismsofimplantation[J].Reprod BioMedonline,2007,14(1):102—109. 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(收稿日期:2007—08—09编辑:王冰) 《广东医学》杂志创刊于1963年,月刊,大16开,每期160页.《广东医学》已全部进入国内(外)自然科学主要的评价体 系并得到权威的认定:进入2004年版《中文核心期刊要目总览》,连续被美国《化学文摘》(cA)收录;是中国科技论文统计源 期刊(核心期刊),被中国科技期刊引证(CJCR)和中国科学引文数据库(CSCD)列为源期刊.本刊设有述评,专题报道, 诊疗新进展,基础研究,临床研究,调查研究,临床用药研究,中医?中西医结合,综述?讲座,临床护理,短篇报道,病例报告 等栏目.适合从事临床,科教,医技等各级医药卫生技术人员阅读和参考. 本刊2008年每册定价1O元,全年120元.邮发代号:46—66,国内统一刊号:CN44—1192/R,国际刊号:ISSN1001— 9448,国外发行:中国国际图贸易总公司(北京399信箱),国外发行代号:M6308.请广大读者,作者及时到各地邮政局订 阅,漏订者可直接与本刊编辑部联系.编辑部地址:广州市惠福西路进步里2号之6;邮政编号:510180;网址:hnp://www. yx.cn;E—mail:GD_ Medj@163,net;电话:020—81906074;传真:020—81865066 本刊编辑部