滋養(yǎng)層細(xì)胞自噬與子癇前期發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

李亞梅 綜述 程蔚蔚 審校

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬國(guó)際和平婦幼保健院(200030)

子癇前期主要與胎盤缺氧、胎盤淺著床、血管內(nèi)皮的廣泛損傷、母嬰免疫失衡等因素有關(guān)。細(xì)胞自噬是細(xì)胞以溶酶體的分解代謝過(guò)程，降解受損蛋白、衰老或損傷的細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)，可被多種應(yīng)激所觸發(fā)。該文就細(xì)胞自噬的分子機(jī)制以及滋養(yǎng)層細(xì)胞自噬與子癇前期發(fā)病的關(guān)系予以綜述。

1 細(xì)胞自噬分子機(jī)制

1.1 自噬過(guò)程

1.1.1誘導(dǎo)自噬誘導(dǎo)階段關(guān)鍵性因子是Atg1(酵母中)或其同源物ULK1(Unc-51-like kinase-1哺乳動(dòng)物中)復(fù)合物、hVPS34/PIK3C3 (vacuolar protein sorting 34)-Atg6( Beclin1)復(fù)合物和Atg14及其他相關(guān)元件[1]。Atg1/ULK1復(fù)合物受到雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的調(diào)控。mTOR有mTORC1和mTORC2兩種不同的復(fù)合體，其中mTORC1在調(diào)控自噬方面起主要作用[2]。

1.1.2形成自噬過(guò)程被誘導(dǎo)后，由mVPS34復(fù)合物Atg14-VPS15-mVPS34啟動(dòng)膜泡的成核反應(yīng)，然后Atg21和Atg24結(jié)合到膜上，形成前自噬體，而后膜泡擴(kuò)張將底物包繞，形成自噬體。哺乳動(dòng)物中，ULK1復(fù)合物結(jié)合hVPS34/PIK3C3復(fù)合物和其產(chǎn)物三磷酸肌醇及蛋白質(zhì)/脂質(zhì)復(fù)合體PI3-phosphate(PI3P)連同PI3P的效應(yīng)蛋白最終導(dǎo)致自噬吞噬體的形成[3]。

1.1.3延伸、閉合吞噬泡的延伸及自噬吞噬體的閉合需要Atg9和Atg8(哺乳動(dòng)物中Atg8蛋白家族:LC3A、LC3B、LC3C、GABARAP、GABARAPL1和GABARAPL2/GATE16)，其中Atg9是唯一參與自噬體形成過(guò)程中的膜整合蛋白，Atg9的多聚化促進(jìn)了自噬體膜的形成[4]。LC3家族蛋白的C末端與Atg12-Atg5-Atg16L復(fù)合體相結(jié)合，該復(fù)合體參與自噬體的形成(Atg12首先由泛素連接酶活化后再與Atg5形成復(fù)合體，Atg5-Atg12進(jìn)而與含有coiled-coil結(jié)構(gòu)域蛋白Atg16結(jié)合形成多亞基蛋白復(fù)合體)。Atg8蛋白參與吞噬泡膜的延伸、閉合并最終形成雙重膜的自噬吞噬體的過(guò)程[5]。

1.1.4成熟、分解自噬體和溶酶體融合后，自噬體內(nèi)包裹的核糖體、蛋白質(zhì)聚集體、線粒體等成分將被溶酶體內(nèi)的多種水解酶降解，某些降解后的產(chǎn)物，如氨基酸、脂肪酸等會(huì)重新參與到新陳代謝中去[6]。

1.2自噬調(diào)控

1.2.1 MTOR通路在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，當(dāng)能量充足時(shí)mTORC1被激活，結(jié)合ULK1-Atg13-FIP200-Atg101復(fù)合體，從而抑制自噬。當(dāng)細(xì)胞接受到饑餓信號(hào)時(shí)mTORC1失活，與ULK1-Atg13-FIP200-Atg101蛋白復(fù)合體分離，ULK1被激活，進(jìn)而導(dǎo)致Atg13、FIP200及Atg101的磷酸化，整個(gè)蛋白復(fù)合體構(gòu)象發(fā)生改變，從而誘導(dǎo)細(xì)胞自噬[7]。mTORC1活性還受到氨基酸，尤其是支鏈氨基酸(亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)攝入水平的調(diào)控，這主要通過(guò)RagA家族成員GTPases和Ste20家族絲裂原活化蛋白激酶3(MAP4K3)介導(dǎo)[8]。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)亮氨酸濃度升高時(shí)，可通過(guò)上調(diào)GTPases和MAP4K3的活性，激活mTORC1，抑制細(xì)胞自噬；反之，當(dāng)亮氨酸濃度降低時(shí)，則會(huì)抑制mTORC1，上調(diào)細(xì)胞自噬。

1.2.2 Beclin1/class III PI3K復(fù)合物Atg14以及其他一些Beclin1/class III PI3K核心復(fù)合物，如Beclin1、Vps34、Ambra1,均參與自噬體的形成。Atg14和Ambra1幫助Beclin1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或自噬溶酶體上進(jìn)行定位，促進(jìn)自噬誘導(dǎo)[9]。Vps34、UVRAG 及Bif-1 等因子則通過(guò)與 Beclin1的不同結(jié)構(gòu)域結(jié)合并相互作用上調(diào)自噬水平。研究發(fā)現(xiàn)，Vps34 可與 Beclin1的螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域和進(jìn)化保守結(jié)構(gòu)域結(jié)合，促進(jìn)自噬；UVRAG 可與 Beclin1的螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域結(jié)合，上調(diào)自噬水平；Bif-1則通過(guò)UVRAG-Beclin1復(fù)合物來(lái)激活 Vps34，進(jìn)而促進(jìn)自噬[10]。另外，Bcl-2通過(guò)與Beclin1的BH3結(jié)合，抑制細(xì)胞自噬[11]，饑餓處理后JNK1(c-Jun N-terminal kinase 1)被激活，磷酸化Bcl-2，致使Bcl-2/Beclin1復(fù)合物解離，游離出Beclin1，形成 Beclin1-hVPS34/PI3K 復(fù)合體，促進(jìn)自噬[12]。另外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位肌醇1,4,5三磷酸受體(IP3R)也可競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Bcl-2，釋放Beclin1，誘導(dǎo)自噬[13]。

1.2.3 AMPK-ULK1通路最近研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激因素EtOH(乙醇)直接磷酸化ULK1 Ser555位點(diǎn)和Ser797位點(diǎn)，激活A(yù)MPK，AMPK-ULK1復(fù)合物增加BECN1 (S93, S14)和 PIK3C3/VPS34(S164)磷酸化，形成ATG14-AMBRA1-BECN1-PIK3C3自噬前體，誘導(dǎo)自噬[14]。AMPK同時(shí)是mTOR的功能拮抗劑，AMPK可直接磷酸化IP3R Ser72位點(diǎn)和Ser792位點(diǎn)，并引起14-3-3蛋白結(jié)合到磷酸化的IP3R上，從而抑制mTORC1，激活細(xì)胞自噬[15]。

2 子癇前期(PE)與滋養(yǎng)層細(xì)胞自噬

PE的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，可能與胎盤缺血缺氧、免疫因素、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、遺傳因素等有關(guān)，其明確的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。有研究者提出了PE發(fā)病機(jī)制的“兩階段學(xué)說(shuō)”：第一階段為臨床前階段，子宮螺旋動(dòng)脈重鑄障礙，導(dǎo)致胎盤缺血缺氧，釋放多種組織因子(如表皮生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子等)；第二階段，胎盤釋放的因子進(jìn)入母體血液循環(huán)，激活系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)以及引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，從而引起PE相應(yīng)的各種臨床癥狀[16]。

2.1 低氧因素

2.1.1低氧誘導(dǎo)因子1α(HIF1-α) 研究發(fā)現(xiàn)，妊娠早期的生理性缺氧可誘發(fā)滋養(yǎng)層細(xì)胞中的自噬作用[17-18]。Nakashima等[19]利用雙重免疫組織化學(xué)染色法，在缺氧和正常氧濃度下，對(duì)微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(MAP1LC3B)進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)子宮基底深部，胎兒著床一側(cè)的絨毛膜外滋養(yǎng)層細(xì)胞(EVTs)中，MAP1LC3B圍繞在子宮螺旋動(dòng)脈周圍分布，而且缺氧條件下MAP1LC3B含量更多。在營(yíng)養(yǎng)匱乏或組織缺血缺氧等應(yīng)激條件下，自噬作為相應(yīng)的代謝過(guò)程通過(guò)提供代用能源及清除功能異常的細(xì)胞器及蛋白質(zhì)類維持細(xì)胞存活。相關(guān)研究表明，在妊娠7～9周胎盤氧含量降低時(shí)，HIF1-α表達(dá)增加，隨著孕周增加胎盤氧含量逐漸恢復(fù)，HIF1α水平也趨于正常[20]。Bellot等[21]研究認(rèn)為，HIF1-α通過(guò)增強(qiáng)Bcl-2/腺病毒E1819 kDa蛋白相互作用蛋白3(BNIP3)和BNIP3L編碼基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致Bcl-2/Beclinl復(fù)合物裂解從而誘導(dǎo)自噬。研究表明，缺氧誘導(dǎo)HIF1-α過(guò)度表達(dá)，通過(guò)PI3K途徑，激活自噬，誘導(dǎo)MMP9表達(dá)增加，維持細(xì)胞能量的平衡，從而保證EVTs的浸潤(rùn)能力，自噬一旦受損EVTs浸潤(rùn)能力下降，致使胎盤淺著床，誘發(fā)PE[22]。

2.1.2活性氧簇(ROS) 在孕早期低氧和低營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，EVTs內(nèi)ROS水平不斷升高，并通過(guò)兩種途徑激活自噬，進(jìn)而維持滋養(yǎng)層細(xì)胞的功能。其一，ROS水平增高，導(dǎo)致AMP/ATP比率增加激活A(yù)MPK，進(jìn)而磷酸化Tsc2，激活Tsc1-Tsc2復(fù)合物?；罨腡sc會(huì)抑制mTORC1通路加速產(chǎn)生自噬相關(guān)蛋白，如LC3II、Beclin1、Atg5-Atg12-Atg16L等，誘導(dǎo)自噬發(fā)生，從而保證EVT入侵子宮基層，有利于螺旋動(dòng)脈血管重塑[23]。其二，ROS通過(guò)氧化半胱氨酸殘基附近的半胱氨酸蛋白酶ATG4催化位點(diǎn)，刺激該酶的活性并增強(qiáng)自噬功能[24]。然而，自噬作為細(xì)胞存活的機(jī)制，可通過(guò)清除ROS損傷的細(xì)胞器以保護(hù)細(xì)胞,當(dāng)ROS積累過(guò)多超出自噬所能承受的范圍時(shí)，自噬不但不能清除細(xì)胞內(nèi)ROS，還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞過(guò)度自噬引起自噬性死亡[25],引發(fā)PE。Kanninen等[26]進(jìn)一步證實(shí)了上述理論：通過(guò)收集757例正常婦女的胎盤血清，并檢測(cè)其自噬水平，發(fā)現(xiàn)隨著孕周的增加，胎盤自噬水平也隨之增加。然而檢測(cè)PE患者血清中的自噬水平，卻呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。然而，有學(xué)者提出PE患者胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞自噬水平高度增加，隨著胎盤微環(huán)境的改變，自噬水平的上調(diào)是為了維持滋養(yǎng)層細(xì)胞的存活，而當(dāng)氧化應(yīng)激等胎盤微環(huán)境誘導(dǎo)滋養(yǎng)層細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞過(guò)度自噬，導(dǎo)致PE發(fā)生[27]。

2.2 炎癥因素

有研究表明，自噬抑制炎癥反應(yīng)，可能通過(guò)直接抑制炎性復(fù)合物和間接清除炎癥刺激物如受損的細(xì)胞器或病原微生物，保護(hù)細(xì)胞免于過(guò)度持久炎癥[28]。另有研究表明，自噬受損也可能導(dǎo)致滋養(yǎng)層抵抗氧化應(yīng)激的能力降低，誘發(fā)PE[29]。其具體機(jī)制包括以下幾個(gè)方面：

2.2.1可溶性內(nèi)皮糖蛋白(sENG) PE第二階段，組織因子激活系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生抗血管生成因子如可溶性血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(sFLT-1)和sENG[30]。Saito等[31]提出，sENG會(huì)抑制缺氧條件下滋養(yǎng)層細(xì)胞自噬，最終導(dǎo)致EVTs浸潤(rùn)和子宮螺旋動(dòng)脈重鑄障礙，引發(fā)PE。具體機(jī)制主要是，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的大量的活性氧簇(ROS)，激活炎性體NALP-3 和caspase-1，導(dǎo)致炎癥因子IL-1過(guò)度分泌[32]，誘導(dǎo)線粒體損傷。與此同時(shí)sENG阻礙自噬體的形成，從而降低自噬體回收受損的線粒體，最終導(dǎo)致過(guò)度炎癥的發(fā)生，引發(fā)PE。

2.2.2腫瘤壞死因子α 輔助性T細(xì)胞(Th1)衍生的細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)被認(rèn)為是自噬誘導(dǎo)劑。孕早期TNF-α激活促炎轉(zhuǎn)錄因子STAT3和NF-κB，抑制DAPK1(death-associated protein kinase 1)轉(zhuǎn)錄[33]，DAPK1進(jìn)一步磷酸化 Bcl-x，致使Bcl-x/Beclin1復(fù)合物解離，游離出 Beclin1,并與PIK3C3結(jié)合[34]，誘導(dǎo)自噬，進(jìn)而參與新生血管的形成。李蓉等[35]研究表明，炎癥因子 TNF-α可以上調(diào) RF/6A 細(xì)胞的自噬蛋白表達(dá),提高細(xì)胞的增殖能力,促進(jìn)細(xì)胞遷移以及細(xì)胞管腔形成能力,維持EVTs浸潤(rùn)能力和促進(jìn)胎盤血管重鑄。然而，Pantham[36]提出，正常孕早、中期TNF-α含量較低，孕晚期增加，如果TNF-α異常增加，可誘發(fā)妊娠期高血壓、早產(chǎn)等其他妊娠不良結(jié)局。

2.2.3核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB) 隨著孕周的增加，滋養(yǎng)層細(xì)胞抗氧化能力降低，高活性ROS和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)誘導(dǎo)NF-κB，激活TSC2/mTOR抑制劑，上調(diào)自噬蛋白Beclinl和SQSTMl/p62，誘導(dǎo)自噬發(fā)生[37]，同時(shí)激活胎盤釋放促炎性細(xì)胞因子、趨化因子和抗血管生成因子，例如sENG和sFLT-1，這些因子的增加導(dǎo)致全身炎癥的發(fā)生、胎盤血管內(nèi)皮損傷以及滋養(yǎng)層細(xì)胞自噬負(fù)荷過(guò)重而受損，從而引發(fā)PE[38-39]。

2.3 免疫機(jī)制

CD4、CD25調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)參與T1、T2免疫狀態(tài)的調(diào)控，Treg顯著減少時(shí)T1占優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致母體免疫耐受降低，引發(fā)PE。有相關(guān)研究表明，Treg中的自噬水平顯著高于CD4+T 細(xì)胞，提示Treg對(duì)自噬有依賴[40]。另外，Delorme-Axford等[41]分別用DNA和RNA病毒感染正常足月分娩的原發(fā)性人胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞(PHT)，發(fā)現(xiàn)PHT高度抗病毒感染，表明其本身具備抗病毒免疫機(jī)制，并進(jìn)一步表明滋養(yǎng)層細(xì)胞利用外泌體將19號(hào)染色體的miRNA(C19MC)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而誘導(dǎo)滋養(yǎng)層細(xì)胞的自噬作用，利用自噬途徑降解轉(zhuǎn)染病毒，抑制病毒復(fù)制，從而增強(qiáng)母胎界面的抗病毒免疫。

3 展望

細(xì)胞自噬作為一種最基本的生命現(xiàn)象，與子癇前期發(fā)病關(guān)系需進(jìn)一步闡明。缺血缺氧是細(xì)胞自噬激活的重要誘因之一，然而自噬與缺血缺氧后導(dǎo)致的疾病關(guān)系研究也尚處于起步階段，缺血缺氧后自噬的分子機(jī)制、所涉及的調(diào)控因子及自噬水平的檢測(cè)，尚需要進(jìn)一步的研究。有望通過(guò)研究干預(yù)滋養(yǎng)層細(xì)胞的自噬過(guò)程，發(fā)現(xiàn)利用自噬治療子癇前期等不良妊娠結(jié)局的新策略。