自噬對人類胎盤發(fā)育及相關(guān)疾病的作用

常穎，陳敘

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自噬對人類胎盤發(fā)育及相關(guān)疾病的作用

常穎，陳敘△

【摘要】自噬在人類胎盤的生成及發(fā)育中發(fā)揮重要作用，但其在人類胎盤中的生物學(xué)意義仍不十分明確，可能的作用之一是防止因低氧或營養(yǎng)不足導(dǎo)致的滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡。人類胎盤是血竇絨毛型，即母體血液直接接觸絨毛。因此，絨毛滋養(yǎng)細(xì)胞很容易暴露于因母體血液變化而導(dǎo)致的應(yīng)激狀態(tài)下。妊娠并發(fā)癥（如子癇前期和胎兒生長受限）自噬通路被激活以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，從而允許滋養(yǎng)細(xì)胞在氧氣和葡萄糖不足的情況下繼續(xù)生存。因而，自噬參與人類胎盤及相關(guān)疾病的發(fā)展，細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞氧氣和葡萄糖水平變化參與調(diào)節(jié)自噬的改變。

【關(guān)鍵詞】自噬；細(xì)胞凋亡；胎盤；先兆子癇；胎兒生長遲緩

作者單位：300100天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院

△審校者

（J Int Obstet Gynecol，2016,43：5-7）

自噬是細(xì)胞程序性死亡的一種類型，是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要過程之一。自噬與凋亡既相互聯(lián)系又有各自獨(dú)立的過程[1]。自噬包括巨自噬、微自噬以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬。這些過程具有不同的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，但原則上它們或多或少具有相同的生物化學(xué)及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。在所有的自噬過程中，巨自噬被認(rèn)為在細(xì)胞內(nèi)降解過程中發(fā)揮重要作用。

自噬是進(jìn)化保守的自穩(wěn)定過程。細(xì)胞在缺氧、饑餓等應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生自噬能夠幫助這些細(xì)胞抵御不利因素，保護(hù)細(xì)胞[2]。但是，自噬過度激活時(shí)則可導(dǎo)致細(xì)胞死亡，即自噬性細(xì)胞死亡。已有研究表明，自噬在人類胎盤發(fā)育過程中起著重要的作用。在妊娠早期，胎盤處于生理性的營養(yǎng)物質(zhì)缺乏及缺氧的狀態(tài)之中。因此，對于妊娠早期的滋養(yǎng)層細(xì)胞，它們需要有調(diào)節(jié)機(jī)制使其適應(yīng)這種應(yīng)激，任何破壞這些機(jī)制的因素都可能導(dǎo)致胎盤功能障礙，并最終導(dǎo)致產(chǎn)科并發(fā)癥的發(fā)生，如子癇前期和胎兒生長受限（fetal growth restrict，F(xiàn)GR）?，F(xiàn)就近年來自噬在人類胎盤發(fā)育中的作用進(jìn)行綜述。

1　自噬對胎盤形成及發(fā)育的作用

胎盤是臨時(shí)的母胎器官，用于支持胎兒生長發(fā)育。滋養(yǎng)細(xì)胞是形成胎盤的主要細(xì)胞，其增生和凋亡是影響胎盤生長發(fā)育的重要因素。隨孕周而變化的氧及葡萄糖濃度、細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞的自噬改變，都會(huì)在絨毛膜滋養(yǎng)細(xì)胞中有所反映[3]。自噬相關(guān)蛋白如Beclin-1、LC3B、DRAM均存在于胎盤之中[4]。

在胚胎形成時(shí)期，卵母細(xì)胞積累形成卵子所必需的蛋白質(zhì)，在受精后被降解，并按照合子基因組的編碼翻譯合成為新的蛋白質(zhì)。在未受精的卵母細(xì)胞中自噬活性很低，而其在受精后很快就被激活。研究表明，使用自噬相關(guān)基因5（autophagy-relatedgene-5，Atg5）敲除的小鼠卵子細(xì)胞分別與野生型精子和同樣進(jìn)行Atg5基因敲除的精子受精，前者可正常發(fā)育，而后者則不能突破4～8細(xì)胞階段[5]。自噬缺陷的胚胎蛋白合成率降低，表明自噬作用對母體物質(zhì)的降解、哺乳動(dòng)物受精卵胚胎植入前的發(fā)育起至關(guān)重要的作用。

胚泡植入后，在胎盤發(fā)展過程中的絨毛階段，人滋養(yǎng)層干細(xì)胞分化為2種類型：絨毛滋養(yǎng)細(xì)胞和絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞（extravillous trophoblast，EVTs）。EVTs進(jìn)一步分化成侵入性血管內(nèi)細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞（invasive endovascular cytotrophoblasts，eCTBs）和間質(zhì)細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞（interstitial cytotrophoblasts，iCTBs）。妊娠早期階段，eCTBs在血管腔內(nèi)聚集形成“滋養(yǎng)層插頭”，伸入母體血管內(nèi)阻止母血向胎盤間隙擴(kuò)散，使得胚胎及胎盤在妊娠初期低氧環(huán)境中生長。在低氧（2%～5%）和低葡萄糖濃度（1 mmol/L）等惡劣條件下，EVTs侵入母體的子宮蛻膜，重塑子宮螺旋動(dòng)脈使之成為低阻、高排血管。在此過程中，缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-inducible factor，HIF）起至關(guān)重要的作用。妊娠9～11周后，“滋養(yǎng)層插頭”消失，EVTs將繼續(xù)入侵子宮肌層，繼續(xù)重塑子宮螺旋動(dòng)脈，此過程將持續(xù)至妊娠中期。母血通過重塑的螺旋動(dòng)脈傳遞營養(yǎng)和氧氣，對于維持胎盤灌注和保證胎兒生長發(fā)育有重要作用[6]。

妊娠早期的生理性缺氧可誘發(fā)自噬作用[7]。為了解自噬在滋養(yǎng)層細(xì)胞功能中的作用，研究人員構(gòu)造了自噬缺陷細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)與野生型EVTs相比，缺氧所誘導(dǎo)的侵襲能力在自噬缺陷的EVTs中明顯減弱[8]。另外，與對照組相比，自噬缺陷的EVTs也同樣抑制血管重鑄，表明自噬在EVTs細(xì)胞功能中的重要作用。Tuuli等[9]提出，缺氧導(dǎo)致p53活性顯著增加，并促使細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞凋亡。在合體滋養(yǎng)細(xì)胞，缺氧導(dǎo)致p53基因減弱，從而促進(jìn)自噬。而敲除HIF1α基因后發(fā)現(xiàn)自噬增加，但EVTs細(xì)胞系HTR-8/SV-neo細(xì)胞在低氧狀態(tài)下侵入活性也隨之降低[10]。細(xì)胞在低氧等應(yīng)激下通過哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）依賴性途徑和mTOR非依賴性途徑激活自噬。mTOR活性下降與自噬增加有關(guān)[11]。

綜上所述，自噬參與人類胎盤發(fā)育。滋養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)氧及葡萄糖濃度改變時(shí)，自噬隨之發(fā)生改變。這種改變可以保護(hù)滋養(yǎng)細(xì)胞免于損傷，對維持胎盤發(fā)育及正常妊娠發(fā)揮重要作用。

2　自噬與胎盤源性疾病

缺氧導(dǎo)致的胎盤發(fā)育不全，通常顯示為氧化應(yīng)激狀態(tài)下的復(fù)雜的、受損的絨毛狀結(jié)構(gòu)[12]，這是子癇前期和FGR的特點(diǎn)之一。雖然子癇前期和FGR的發(fā)病機(jī)制不明確，但可能均與子宮螺旋動(dòng)脈重塑不足導(dǎo)致子宮胎盤血流量降低，從而誘發(fā)胎兒和胎盤缺氧應(yīng)激狀態(tài)有關(guān)。

與正常妊娠相比，重度子癇前期患者胎盤中LC3B基因mRNA和蛋白的表達(dá)明顯升高[13]。在子癇前期并發(fā)FGR或特發(fā)性FGR的病例中可以觀察到，在絨毛滋養(yǎng)細(xì)胞中，作為自噬過程的標(biāo)志LC3B病灶數(shù)目增加，表明在發(fā)生子癇前期和FGR時(shí)，絨毛滋養(yǎng)細(xì)胞的自噬被激活[14]。SQSTM1是一種通過自噬降解的特殊蛋白，當(dāng)其在自噬缺陷細(xì)胞內(nèi)集聚時(shí)，說明細(xì)胞的自噬作用被抑制[15]。無論是子癇前期或是正常妊娠，合體滋養(yǎng)層中均未能發(fā)現(xiàn)SQSTM1蛋白，說明合體滋養(yǎng)層內(nèi)存在自噬的激活。另一方面，在子癇前期的胎盤EVTs細(xì)胞中，SQSTM1蛋白表達(dá)水平明顯增高，說明自噬被抑制[14]。綜上所述，在子癇前期的胎盤中，自噬的活性在合體滋養(yǎng)層細(xì)胞和絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞是不同的。事實(shí)上，F(xiàn)GR病例中已顯示自噬在合體滋養(yǎng)層細(xì)胞中占主要優(yōu)勢[16]。

Beclin 1是磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）C3的重要組成部分，可誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物自噬體的形成。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，Beclin 1包含與Bcl-2或Bcl-xl結(jié)合的BH3結(jié)構(gòu)域，表明Beclin 1通過與Bcl-2家族結(jié)合來調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬與凋亡[17]。與正常妊娠相比，Beclin 1的mRNA和蛋白的表達(dá)水平在非子癇前期所致的FGR中明顯增高[18]。

早發(fā)型子癇前期與滋養(yǎng)層淺入侵和螺旋動(dòng)脈重建受損有關(guān)。胎盤生成和血管重建涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，低氧、胎盤氧化應(yīng)激、母體對滋養(yǎng)細(xì)胞的免疫反應(yīng)過度或不典型、炎性反應(yīng)過度以及抗血管生成因子增加在子癇前期胎盤生成過程中均發(fā)揮重要作用。已有研究證明，低氧狀態(tài)下可溶性endoglin（sENG）、轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）等影響子癇前期EVTs細(xì)胞自噬及血管重鑄；TGF-β可以中和sENG的作用，例如模擬妊娠早期生理性的氧環(huán)境-2%以下的氧濃度，TGF-β可使HTR-8/SVneo細(xì)胞的侵襲能力恢復(fù)[19]。雖然目前還不清楚TGF-β如何影響絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲能力，其可能是通過解除sENG對EVTs侵襲能力的抑制作用，而不是增強(qiáng)了絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲力。然而，這必須通過應(yīng)用原始的絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞來證實(shí)。因此認(rèn)為，子癇前期婦女血清sENG濃度升高，并在缺氧狀態(tài)下抑制絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞的自噬作用，從而阻斷EVTs侵入和血管重建。

3　自噬在母胎界面的抗病毒作用

滋養(yǎng)細(xì)胞在母胎界面形成胎盤屏障，但目前對滋養(yǎng)細(xì)胞保護(hù)胎兒及其周圍組織免受病毒感染的分子和細(xì)胞機(jī)制知之甚少。研究表明，自噬對水泡口炎病毒具有抵抗作用。然而，丙肝病毒、柯薩奇病毒及脊髓灰質(zhì)炎病毒通過破壞自身機(jī)制來促進(jìn)自身復(fù)制[20]。早期胎盤絨毛表達(dá)的一些基因與抗病毒免疫、免疫耐受、發(fā)育編程等有關(guān)，并調(diào)控細(xì)胞凋亡、自噬、細(xì)胞生長周期以及胎盤激素和蛋白質(zhì)相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)[21]。滋養(yǎng)細(xì)胞自噬對病毒感染可能發(fā)揮關(guān)鍵的防御作用，即在病毒進(jìn)入胎兒血液循環(huán)之前可能會(huì)被降解。此外，自噬可以限制滋養(yǎng)細(xì)胞凋亡，而后者可以導(dǎo)致胎盤功能的損失和（或）改變胎盤障礙。因此，自噬可以維持滋養(yǎng)層完整性且限制病毒感染[22]。

4　結(jié)語

越來越多的證據(jù)表明，自噬在胎盤形成過程中發(fā)揮重要作用，揭示了正常妊娠、子癇前期和FGR之間的不同。隨著自噬通路分子特征的進(jìn)一步揭示，研究人員可以驗(yàn)證自噬障礙與疾病之間的緊密聯(lián)系。另外，缺乏自噬相關(guān)基因的小鼠，如Atg16L1和LC3B基因，容易發(fā)生炎癥性疾病，這說明自噬對于維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定起到重要作用。自噬影響人體眾多功能，如應(yīng)激保護(hù)、能量調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)以及胎盤細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，但確切的機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]Rikiishi H.Novel Insights into the Interplay between Apoptosis and Autophagy[J].Int J Cell Biol，2012，2012：317645.

[2]Gong JS，Kim GJ.The role of autophagy in the placenta as a regulator of cell death[J].Clin Exp Reprod Med，2014，41（3）：97-107.

[3]Hung TH，Hsieh TT，Chen SF，et al.Autophagy in the human placenta throughout gestation[J].PLoS One，2013，8（12）：e83475.

[4]Curtis S，Jones CJ，Garrod A，et al.Identification of autophagic vacuoles and regulators of autophagy in villous trophoblast from normal term pregnancies and in fetal growth restriction[J].J Matern Fetal Neonatal Med，2013，26（4）：339-346.

[5]Shen X，Zhang N，Wang Z，et al.Induction of autophagy improves embryo viability in cloned mouse embryos[J].Sci Rep，2015，5：17829.

[6]Salomon C，Yee SW，Mitchell MD，et al.The possible role of extravillous trophoblast-derived exosomes on the uterine spiral arterial remodeling under both normal and pathological conditions [J].Biomed Res Int，2014，2014：693157.

[7]Chen B，Longtine MS，Nelson DM.Hypoxia induces autophagy in primary human trophoblasts[J].Endocrinology，2012，153（10）：4946-4954.

[8]Nakashima A，Yamanaka-Tatematsu M，F(xiàn)ujita N，et al.Impaired autophagy by soluble endoglin，under physiological hypoxia in early pregnant period，is involved in poor placentation in preeclampsia[J]. Autophagy，2013，9（3）：303-316.

[9]TuuliMG，LongtineMS，NelsonDM.Review：Oxygenand trophoblast biology—a source of controversy[J].Placenta，2011，32 （Suppl 2）：S109-S118.

[10]Choi JH，Lee HJ，Yang TH，et al.Effects of hypoxia inducible factors-1α on autophagy and invasion of trophoblasts[J].Clin Exp Reprod Med，2012，39（2）：73-80.

[11]Kim YC，Guan KL.mTOR:a pharmacologic target for autophagy regulation[J].J Clin Invest，2015，125（1）：25-32.

[12]BurtonGJ，WoodsAW，JauniauxE，etal.Rheologicaland physiological consequences of conversion of the maternal spiral arteries for uteroplacental blood flow during human pregnancy[J]. Placenta，2009，30（6）：473-482.

[13]HungTH，ChenSF，LoLM，et al.Increased autophagy in placentas of intrauterinegrowth-restricted pregnancies[J].PLoS One，2012，7（7）：e40957.

[14]Gao L，Qi HB，Kamana KC，et al.Excessive autophagy induces the failure of trophoblast invasion and vasculature：possible relevance to the pathogenesis of preeclampsia[J].J Hypertens，2015，33（1）：106-117.

[15]Prieto P，Rosales-Mendoza CE，Terrón V，et al.Activation of autophagy in macrophages by pro-resolving lipid mediators[J]. Autophagy，2015，11（10）：1729-1744.

[16]Curtis S，Jones CJ，Garrod A，et al.Identification of autophagic vacuoles and regulators of autophagy in villous trophoblast from normal term pregnancies and in fetal growth restriction[J].J Matern Fetal Neonatal Med，2013，26（4）：339-346.

[17]Maejima Y，Isobe M，Sadoshima J.Regulation of autophagy by beclin 1intheheart[J].JMolCellCardiol，2015Nov3.[Epubaheadofprint]

[18]O′Brien CE，Bonanno L，Zhang H，et al.Beclin 1 regulates neuronal transforming growth factor-β signaling by mediating recycling of the type I receptor ALK5[J].Mol Neurodegener，2015，21（1）：69.

[19]Saito S，Nakashima A.A review of the mechanism for poor placentation in early-onset preeclampsia：the role of autophagy in trophoblast invasion and vascular remodeling[J].J Reprod Immunol，2014，101/102：80-88.

[20]Jackson WT.Autophagy as a broad antiviral at the placental interface[J].Autophagy，2013，9（12）：1905-1907.

[21]Khan MA，Manna S，Malhotra N，et al.Expressional regulation of genes linked to immunity&programmed development in human early placental villi[J].Indian J Med Res，2014，139（1）：125-140.

[22]Delorme-Axford E，Bayer A，Sadovsky Y，et al.Autophagy as a mechanism of antiviral defense at the maternal-fetal interface[J]. Autophagy，2013，9（12）：2173-2174.

[本文編輯王昕]

The Role of Autophagy in the Development of Human Placenta and Placenta-Related Diseases

CHANG Ying，CHEN Xu.

Tianjin Central Hospital of Gynecology Obstetrics，Tianjin 300100，China

【Abstract】Autophagy plays a key role in the development of human placenta.But the biological significance of autophagy is still not clear.One possible role of autophagy is to protect trophoblasts from apoptosis induced by hypoxia or nutritional deprivation.The human placenta is hemochorial and maternal blood contact directly with chorion.Therefore,the villous trophoblasts are easily exposed to stress status caused by variable maternal blood flow.In pregnancy complications,such as preeclampsia and fetal growth retardation,the pathway of autophagy is activated to maintain cellular homeostasis allowing trophoblast cells to survive under shortage of oxygen and glucose.Autophagy is involved in development of the human placenta and placenta-related diseases,and changes in oxygen and glucose levels participate in regulation of autophagic changes in cytotrophoblast cells.

【Keywords】Autophagy；Apoptosis；Placenta；Pre-eclampsia；Fetal growth retardation

收稿日期：（2016-01-11）