MicroRNA 調(diào)控胚胎植入研究進(jìn)展

張晉平，于 鵬，鄭 晟，丁艷平，趙 瀟，張 會(huì)

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

MicroRNA 調(diào)控胚胎植入研究進(jìn)展

張晉平，于 鵬，鄭 晟，丁艷平，趙 瀟，張 會(huì)

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

植入是胚胎與子宮內(nèi)膜識(shí)別、接觸并依附于子宮內(nèi)膜上或進(jìn)一步侵入、包埋于子宮內(nèi)膜中的過(guò)程，是哺乳動(dòng)物生殖生理的重要環(huán)節(jié)，這一過(guò)程對(duì)于胚胎能夠在子宮持續(xù)的發(fā)育并最終獲得成功的妊娠是必需的。成功的植入需要同步發(fā)育的正常胚胎、容受性的子宮內(nèi)膜及母胎的和諧對(duì)話來(lái)實(shí)現(xiàn)。胚胎植入過(guò)程復(fù)雜而短暫，參與調(diào)控的因素有很多，包括microRNA。論文介紹了與植入相關(guān)microRNA的最新研究進(jìn)展，包括microRNA對(duì)胚胎發(fā)育、子宮內(nèi)膜的容受性等方面的作用，將為我們理解植入機(jī)制提供新的視角。

microRNA；胚胎；子宮內(nèi)膜容受性；胎盤；植入

現(xiàn)階段我們對(duì)植入的認(rèn)識(shí)還非常有限。microRNA(miRNA,miR)是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類高度保守的、長(zhǎng)度約為20個(gè)～24個(gè)核苷酸的非編碼單鏈小RNA分子，在轉(zhuǎn)錄后水平負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，其靶基因數(shù)目眾多，生物學(xué)功能廣泛，參與生命過(guò)程中一系列的重要進(jìn)程，包括早期發(fā)育，細(xì)胞的增殖、分化、凋亡和死亡，脂肪代謝和癌癥的產(chǎn)生等。本文對(duì)microRNA在植入中的作用進(jìn)行綜述，這將為我們更好的理解植入的機(jī)理提供新的視角。為主動(dòng)干預(yù)和調(diào)節(jié)人類生殖過(guò)程提供理論指導(dǎo)，有助于防止人類流產(chǎn)、早產(chǎn)、胎兒發(fā)育遲緩等產(chǎn)科疾病的發(fā)生。

1 MicroRNA與胚胎

新生兒的誕生是胚胎植入后胚胎與可容受的子宮之間和諧對(duì)話的結(jié)果，在這一過(guò)程中有許多蛋白和生長(zhǎng)因子起基礎(chǔ)作用[1]，包括microRNA，已預(yù)測(cè)超過(guò)50 000個(gè)microRNA可能存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中[2]并且改變了上千個(gè)基因的mRNA和蛋白的合成[3]。MicroRNA與哺乳動(dòng)物發(fā)育密切相關(guān)，特別是表觀基因組的重編程[4]。研究表明microRNA靶向幾百種關(guān)鍵基因，這些基因的表達(dá)或抑制決定著胚胎的命運(yùn)。

胚胎質(zhì)量問(wèn)題(包括胚胎染色體的異常與基因的突變)被認(rèn)為是植入失敗的主要原因。而microRNA在早期胚胎發(fā)育中的重要性已經(jīng)在一系列的物種中得到證實(shí)，例如隱桿線蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物[5-6]。有證據(jù)表明在這些生物體中microRNA介導(dǎo)的基因調(diào)控是正常胚胎發(fā)生所必需的，microRNA突變的胚胎存活率也隨之降低。例如，MiR-370在小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程中通過(guò)調(diào)控DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(Dnmt3a)的表達(dá)水平在小鼠發(fā)育過(guò)程中對(duì)不同器官的形成起重要作用，miR-370的水平降低將影響胚胎中腦和腎上腺的形成[7]。進(jìn)化上高度保守的miR-302家族在哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育期表達(dá)，缺失miR-302的小鼠晚期胚胎具有致命的表型。敲除miR-302的小鼠胚胎開(kāi)始具有神經(jīng)管閉合的缺陷，隨后伴隨出現(xiàn)增厚的神經(jīng)上皮，神經(jīng)上皮顯示出細(xì)胞增殖數(shù)目增加而死亡數(shù)目減少，早熟的神經(jīng)元分化[8]。RT-PCR表明86個(gè)microRNA在豬MⅡ期卵母細(xì)胞和胚胎中表達(dá)，8-細(xì)胞胚胎中的microRNA比MⅡ期卵母細(xì)胞和囊胚少，21個(gè)microRNA在MⅡ期卵母細(xì)胞和8-細(xì)胞胚胎、以及8-細(xì)胞胚胎和囊胚或MⅡ期卵母細(xì)胞和囊胚之間差異表達(dá)。轉(zhuǎn)錄靶向表達(dá)不同的microRNA使得與細(xì)胞發(fā)育和分化相關(guān)的基因種類豐富化。同時(shí)microRNA水平隨豬胚發(fā)育的不同階段而改變，RT-PCR表明只有miR-24的水平隨著培養(yǎng)環(huán)境的變化而發(fā)生改變，在體內(nèi)較體外胚胎低，其可能成為篩選IVF胚胎質(zhì)量的候選標(biāo)記物[9]。

Tan M H等[10]的研究強(qiáng)調(diào)microRNA在植入前小鼠胚胎中是多能性的調(diào)控因子，并具有重要功能。其研究表明microRNA-290-295簇由Oct4和Nanog直接控制，通過(guò)靶向Rbl2 mRNA以調(diào)控DNA甲基化并通過(guò)Rbl-2調(diào)控植入前胚胎中Dnmt3b的轉(zhuǎn)錄。由于受精率的降低和早期胚胎的丟失使得奶牛的生育力逐年下降。為了解決受精問(wèn)題和更好的研究植入前胚胎的發(fā)育，體外生產(chǎn)系統(tǒng)被應(yīng)用于胚胎質(zhì)量的評(píng)估，但僅僅是根據(jù)胚胎的形態(tài)來(lái)評(píng)價(jià)，這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)本身對(duì)于胚胎的發(fā)育潛力并不是很強(qiáng)的指針。目前，還沒(méi)有生物標(biāo)記物可以作為胚胎能夠發(fā)育及建立妊娠的潛力的非侵入性指針，因此Kropp J等[11]研究了培養(yǎng)基質(zhì)中不同發(fā)育潛力胚胎內(nèi)的microRNA，發(fā)現(xiàn)11個(gè)差異表達(dá)的microRNA均在退化胚胎的培養(yǎng)基中具有較高的含量，對(duì)miR-24的功能分析表明，向桑椹胚的培養(yǎng)基中添加一個(gè)模擬的miR-24將導(dǎo)致發(fā)育至囊胚的胚胎數(shù)目降低27.3%。MiR-24的靶基因CDKN1b(細(xì)胞周期依賴性激酶阻滯基因)在未添加模擬miR-24的胚胎生長(zhǎng)培養(yǎng)基中被抑制。這說(shuō)明退化的胚胎細(xì)胞會(huì)釋放miR-24，而細(xì)胞外的miR-24會(huì)抑制胚胎的發(fā)育，因此，miR-24可能可以被用于評(píng)估胚胎的質(zhì)量。

microRNA在早期發(fā)育中的作用，特別是母源mRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)作用仍有爭(zhēng)議。數(shù)據(jù)表明microRNA的水平在受精后降低，在植入前胚胎發(fā)育的晚期microRNA的活性降低，同時(shí)通過(guò)分析在囊胚大量表達(dá)的不同前體和成熟的特異性microRNA：例如miR-292-3p和miR-292-5p，發(fā)現(xiàn)microRNA與靶mRNA結(jié)合可能作為潛在儲(chǔ)備的microRNA。一旦需要，這些儲(chǔ)備microRNA將直接為胚胎提供成熟且具有功能的microRNA[12]。

2 microRNA與子宮內(nèi)膜容受性

在植入窗口期，子宮內(nèi)膜容受性是一個(gè)復(fù)雜的事件。成功妊娠需要來(lái)自胎兒的滋養(yǎng)層細(xì)胞(trophoblast)對(duì)子宮基質(zhì)的侵入。滋養(yǎng)層細(xì)胞與子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞之間、上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞之間的“對(duì)話”精確的調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞的增殖分化和子宮內(nèi)膜的蛻膜化，從而保證滋養(yǎng)層細(xì)胞的適度侵入。

在植入窗口期，子宮內(nèi)膜發(fā)育成具有允許胚胎粘附和侵入其上皮的特點(diǎn)，microRNA在調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜容受性中具有一定的作用。在小鼠胚胎植入過(guò)程中，microRNA調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜基因的表達(dá)。Li Z H等[13]發(fā)現(xiàn)Ankrd46為miR-451的靶基因，抑制miR-451導(dǎo)致小鼠胚胎植入數(shù)目的減少，但對(duì)受精沒(méi)有影響，且miR-451在小鼠胚胎植入期的表達(dá)特異性的上調(diào)，推測(cè)其可能在小鼠胚胎植入中具有重要的作用。抑制miR-126a-3p的功能是使體內(nèi)植入位點(diǎn)顯著降低，推測(cè)miR-126a-3p可能是通過(guò)調(diào)節(jié)tga11在小鼠胚胎植入過(guò)程中起作用，而tga11可能具有抑制小鼠子宮內(nèi)膜細(xì)胞的遷移和侵入能力[14]。 采用microRNA芯片對(duì)接受前期和接受期大鼠子宮中的microRNA表達(dá)譜進(jìn)行全面篩查，發(fā)現(xiàn)在接受期，28個(gè)microRNA出現(xiàn)上調(diào)，29個(gè)microRNA出現(xiàn)下調(diào)，差異倍數(shù)至少在2倍以上，且miR-29a只在植入期大鼠子宮中高水平表達(dá)，促凋亡因子基因Bak1和Bmf以及抗凋亡因子基因Bcl-w均為miR-29a的靶基因，且miR-29a和抗凋亡因子基因Mcl1的3′端非編碼區(qū)結(jié)合力較弱[15]。過(guò)表達(dá)miR-29a會(huì)抑制大鼠子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的晚期凋亡，可能是由于miR-29a與促凋亡因子的3′端非編碼區(qū)的結(jié)合能力比其與抗凋亡因子的3′端非編碼區(qū)結(jié)合能力強(qiáng)造成的。即miR-29a通過(guò)同時(shí)調(diào)控促凋亡因子和抗凋亡因子在大鼠胚胎植入中發(fā)揮重要作用。MiR-29a可能主要與促凋亡因子結(jié)合，從而抑制細(xì)胞的凋亡，進(jìn)而控制大鼠子宮內(nèi)膜的容受性。MiR-98的水平在妊娠d5-d6低于d3-d4和d7-d8，在延遲植入中miR-98的表達(dá)顯著降低。MiR-98下調(diào)促進(jìn)了子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞的增殖并抑制其凋亡，miR-98水平上調(diào)顯示出相反的作用。進(jìn)一步的研究表明miR-98能夠與Bcl-xl的3′端非編碼區(qū)結(jié)合而抑制Bcl-xl的翻譯?？傊?，在大鼠子宮接受期，miR-98的下調(diào)與靶向Bcl-xl的細(xì)胞增殖數(shù)量的增加有關(guān)[16]。Northern blot結(jié)果表明[17]：miR-143在大鼠妊娠早期表達(dá)，妊娠d5-d8 miR-143在大鼠子宮表達(dá)水平高于妊娠d3-d4。MiR-143主要表達(dá)在基質(zhì)表面初級(jí)蛻膜區(qū)的腔上皮和腺上皮。MiR-143未被假孕顯著影響，但激活延遲植入及誘導(dǎo)蛻膜化顯著提高了miR-143的表達(dá)水平。MiR-143可能與Lifr的3′UTR區(qū)相結(jié)合從而抑制Lifr的翻譯。因此，子宮的miR-143可能通過(guò)調(diào)節(jié)Lifr參與成功的妊娠，特別是囊胚植入的過(guò)程。

3 MicroRNA與胎盤

Hossain M M等[18]的研究表明克隆移植和體外受精的牛異常胎盤中有大量microRNA被下調(diào)，很可能是由于這一原因使得牛胚胎滋養(yǎng)層分化期間的重編程失敗，最終導(dǎo)致了胚胎丟失。這一研究和其他幾個(gè)關(guān)于牛的研究[19-20]強(qiáng)調(diào)了異常microRNA在異常胎盤發(fā)生過(guò)程中扮演遺傳和后生修飾調(diào)節(jié)者的角色。胰島素樣生長(zhǎng)因子2 (IGF2)在胎盤中的表達(dá)，在妊娠中的母胎發(fā)育中具有重要作用，基因突變導(dǎo)致的IGF2在胎盤過(guò)表達(dá)會(huì)引起小鼠軀體的過(guò)度生長(zhǎng)和胎盤的異常。當(dāng)宮內(nèi)生長(zhǎng)受限時(shí)胎盤IGF2的水平大幅度下降，敲除Igf2的小鼠往往胎盤很小。研究發(fā)現(xiàn)在小鼠滋養(yǎng)層干細(xì)胞中miR141-3p和miR-200a-3p過(guò)表達(dá)將抑制內(nèi)源的IGF2表達(dá)，而miR141-3p和miR-200a-3p通過(guò)降低Akt的活性而使基因IGF2沉默[21]。

4 展望

由于胚胎植入過(guò)程短暫而復(fù)雜，參與調(diào)控的因素也很多，因此，胚胎植入的機(jī)理尚未明確，人類體外授精和胚胎移植(IVF-ET)的體外授精率雖然可高達(dá)90%，但臨床植入率和出生率卻只有30%左右。除人類IVF-ET外，人體疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型和克隆動(dòng)物的培育都急待提高胚胎的植入率，特別是異種間動(dòng)物克隆更面臨解決胚胎植入的難關(guān)，因此，胚胎植入機(jī)理的闡明對(duì)生命科學(xué)研究具有深遠(yuǎn)而現(xiàn)實(shí)的意義。microRNA能否被作為早期植入異常的標(biāo)記物是最近的研究熱點(diǎn)。

植入失敗和胎盤發(fā)育不足是不孕，流產(chǎn)和其他妊娠相關(guān)疾病的主要原因。本文綜述了與植入相關(guān)的microRNA的一些最新的研究進(jìn)展，包括microRNA在胚胎發(fā)育、子宮內(nèi)膜的接受性及胎盤發(fā)育中的作用，證明了有活力的胚胎發(fā)育過(guò)程中microRNA介導(dǎo)了基因的表達(dá)調(diào)控，盡管它們確切的作用還未知，但子宮內(nèi)膜microRNA很可能通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)來(lái)參與植入、早期胎盤形成以及妊娠過(guò)程，這為我們理解植入的機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)，在這些非侵入性的microRNA成為臨床評(píng)估胚胎和子宮內(nèi)膜健康的標(biāo)記物，以降低植入失敗率之前還需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)。

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Progress on MicroRNA in Regulation of Embryo Implantation

ZHANG Jin-ping， YU Peng，ZHENG Sheng，DING Yan-ping， ZHAO Xiao，ZHANG Hui

(CollegeofLifeScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou,Gansu,730070,China)

Implantation is a process which animal blastocyst and endometrium recognize, contacts, and attach to the endometrium or further invade and embedd in the endometrium. This process is an important part of the mammalian reproductive physiology and it is essential to continued embryonic development within the uterus for achieving successful pregnancy. Synchronized development of the embryo to the active stage of the blastocyst, differentiation of the uterus to the receptive state, and a harmonious crosstalk between the blastocyst and uterine luminal epithelium are essential to a successful implantation process. Embryo implantation process is complicated and short, there are many factors involved in the implantation regulation, including microRNA. In this article, we introduced the latest research progress on microRNA in the regulation of embryo implantation, including the role of microRNA in embryo development, endometrial receptivity, and so on.It will provide a new perspective on our understanding of implantation mechanism.

microRNA; embryo; endometrial receptivity; placent; implantation

2015-09-25

甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目(145RJYA258)；，西北師范大學(xué)青年教師科研能力提升計(jì)劃項(xiàng)目(NWNU-LKQN-14-23)

張晉平(1981-)，女，山西平遙人，副教授，博士，主要從事醫(yī)學(xué)生物工程研究。

S821.36;Q492.6

A

1007-5038(2016)05-0099-04