孕期不良環(huán)境所致胎盤糖皮質(zhì)激素屏障改變機制的研究進展

余露婷 周瑾 劉福林 汪暉

早在上世紀90年代初，英國學者Barker基于大規(guī)模流行病學調(diào)查結(jié)果，提出宮內(nèi)生長遲緩(intrauterine growth retardation,IUGR)患兒成年后代謝綜合征(metabolic syndrome,MS)的發(fā)病率增加以及“成人疾病發(fā)育起源”假說[1]。IUGR是指孕期各種不良因素導致的胚胎(胎兒)生長發(fā)育受限，主要表現(xiàn)為多器官功能發(fā)育障礙、生長遲緩及低出生體重，為最常見的發(fā)育毒性表現(xiàn)之一。大量流行病學調(diào)查表明，IUGR不僅可造成胎兒窘迫、新生兒窒息和圍產(chǎn)兒死亡，其危害還將延續(xù)至出生后，明顯影響胎兒出生后體格和智力發(fā)育，最終造成成年后多種慢性疾病(如代謝性疾病和神經(jīng)精神性疾病)的易感性增加，甚至具有跨代遺傳效應[2，3]。大量研究證實，胎兒接觸過多的糖皮質(zhì)激素(glucocorticoids,GC)是導致IUGR發(fā)生的主要原因[4]。

胎盤GC屏障包括11β-羥類固醇脫氫酶2(11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2,11β-HSD2)和P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)，胎盤GC屏障可以避免母親來源的GC過多地進入胎兒體內(nèi)，從而維持胎兒的發(fā)育。大量研究表明，孕期不良環(huán)境可引起胎盤GC屏障的改變，使其對GC的滅活作用減少，導致胎兒過多暴露母源性GC，從而引起IUGR及成年后多種慢性疾病易感[5，6]。因此，了解孕期不良環(huán)境導致胎盤GC屏障改變的發(fā)生機制，對于探究成年疾病的胎兒起源和尋找阻斷胎盤GC屏障破壞的分子靶標，具有重要的理論和實踐意義。

一、胎盤GC屏障的生理變化及其意義

妊娠期間GC起著極其重要的作用，參與維持妊娠、啟動分娩等過程。研究證實，胎盤上存在11β-HSD2，能將有活性的GC代謝為無活性的代謝產(chǎn)物，在胎盤局部起到功能性屏障作用，從而使妊娠期間由母體循環(huán)進入胎兒循環(huán)的活性GC量保持在適度范圍。人類妊娠中、晚期胎盤11β-HSD2的mRNA表達呈增加趨勢，但是臨產(chǎn)時11β-HSD2活性降低。臨產(chǎn)時的11β-HSD2活性降低會減少GC的滅活，從而提高羊膜局部皮質(zhì)醇的量，以促進分娩。P-gp是位于細胞膜上的糖蛋白，分子質(zhì)量為170 kD，由1280個氨基酸組成，是ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白超家族成員之一。P-gp能利用ATP，從胎盤滋養(yǎng)層細胞將藥物和其他外源物主動泵回母體循環(huán)，以保護胎兒。P-gp構(gòu)成了胎盤另一GC屏障，其能逆濃度將GC轉(zhuǎn)運到母體面，限制GC跨胎盤進入胎兒，從而減少胎兒暴露于母源性GC。不同妊娠階段的胎盤P-gp表達水平有所不同，妊娠早期胎盤P-gp表達量比足月高；妊娠13～14周人胎盤中P-gp蛋白水平約為足月時的2倍。P-gp在妊娠中期高水平表達后隨著孕周的增加而下降，使母體的皮質(zhì)醇順利進入胎兒，這有利于促進胎兒成熟及在臨產(chǎn)階段調(diào)控分娩。

二、GC介導子代成年后代謝綜合征和神經(jīng)精神性疾病易感

MS是胰島素抵抗、高血糖、高血壓、血脂紊亂等多種癥狀在人體內(nèi)集結(jié)的合稱，可引起非酒精性脂肪肝、糖尿病、心腦血管等多種代謝性疾病。流行病學調(diào)查表明，MS有宮內(nèi)發(fā)育起源，不良宮內(nèi)環(huán)境會增加其成年時期MS的發(fā)病率[1，2]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，孕期不良環(huán)境暴露所致胎盤GC屏障改變，使胎兒過暴露于母源性GC，后者通過調(diào)節(jié)海馬糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor,GR)表達，負反饋抑制胎鼠下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)軸功能發(fā)育；另一方面GC通過調(diào)節(jié)胎鼠外周代謝組織(肝、骨骼肌)GR表達，改變糖、脂代謝功能及胎血代謝譜，包括抑制胰島素樣生長因子1/胰島素信號通路[7-10]。這些改變具有宮內(nèi)編程效應，可一直延續(xù)至出生后[11]，引起外周糖、脂代謝功能紊亂，增加子代MS的易感性。

神經(jīng)精神性疾病是指大腦病變或功能紊亂而發(fā)生的感覺、記憶、思維、感情、行為等方面表現(xiàn)異常的疾病，包括抑郁癥、精神分裂癥、孤獨癥等。流行病學調(diào)查結(jié)果顯示，胎兒時期營養(yǎng)不良或IUGR胎兒在成年后，抑郁癥發(fā)病率要顯著高于正常水平[12]，提示抑郁癥可能存在宮內(nèi)起源。動物實驗發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)前尼古丁暴露可增加成年子代抑郁樣行為[11]。這些均提示，孕期不良宮內(nèi)環(huán)境與子代罹患抑郁癥風險增加密切相關(guān)。孕期不良環(huán)境致胎盤GC屏障改變，胎兒過暴露于母源性GC可影響胎兒HPA軸的調(diào)控，使胎兒HPA軸發(fā)育編程改變，表現(xiàn)為成年期HPA軸對應激反應的敏感性增強。這些是胎源性抑郁癥的解剖學及組織學起源，也是成年后抑郁癥易感的原因之一。

三、孕期不良環(huán)境所致胎盤GC屏障改變

孕期不良環(huán)境主要包括外源環(huán)境因素和母體健康因素[6]。外源環(huán)境因素包括外源物暴露(重金屬、藥物)和微生物感染等，母體健康因素主要有母體的營養(yǎng)狀況(如營養(yǎng)不良)、應激和疾病狀態(tài)(如子癇)等。

1.孕期不良環(huán)境所致胎盤11β-HSD2改變：本實驗室通過動物實驗證實，孕期乙醇暴露可通過應激升高母體GC水平，同時胎盤11β-HSD2表達降低，導致胎兒過多暴露于母源性GC[13，14]。孕期咖啡因暴露可下調(diào)胎盤11β-HSD2的表達，母血、胎血皮質(zhì)酮水平均升高[9]。三氯生是一種新生環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，廣泛應用于醫(yī)藥用品、化妝品、洗滌劑、肥皂、牙膏或嬰兒護理品等日用化學品中的抗菌劑和防腐劑中，可通過各種途徑與人體接觸，且易經(jīng)皮膚、黏膜吸收。研究發(fā)現(xiàn)，三氯生可以抑制人足月胎盤合體滋養(yǎng)細胞11β-HSD2的表達[15]。人類足月胎盤絨毛體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，加入白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6或腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)后均可降低11β-HSD2活性。鎘可通過降低11β-HSD2啟動子活性抑制11β-HSD2基因的轉(zhuǎn)錄，從而減少其表達和活性[16]。

有研究將有高焦慮行為和低焦慮行為的Wistar孕鼠置于同一壓力下，發(fā)現(xiàn)有高焦慮行為組的胎盤11β-HSD2表達明顯低于低焦慮行為組，表明產(chǎn)前母體焦慮可以導致胎盤11β-HSD2表達減少[17，18]。妊娠期出現(xiàn)母親情感障礙(抑郁)時11β-HSD2的表達降低提示胎兒暴露于母體皮質(zhì)醇增加，這可能導致不良神經(jīng)發(fā)育結(jié)局[19]。妊娠期母體疾病(如妊娠期并發(fā)子癇前期)也可致胎盤11β-HSD2活性明顯降低。孕婦應激、缺血、缺氧可降低胎盤11β-HSD2表達而破壞胎盤GC屏障，使胎兒過暴露于母源性GC。除此之外，孕期母體營養(yǎng)缺乏、營養(yǎng)過剩或營養(yǎng)不均衡都會破壞GC屏障。動物實驗發(fā)現(xiàn)，孕鼠蛋白飲食限制可以選擇性地減弱胎盤11β-HSD2的功能，使內(nèi)源性的GC過多地進入胎兒體內(nèi)[20]。母體攝入的膳食成分會影響11β-HSD2的表達，有研究表明長期攝入鎂缺乏的食物可致11β-HSD2的表達降低[21]。

2.孕期不良環(huán)境所致胎盤P-gp的改變：本實驗室研究發(fā)現(xiàn)，孕期尼古丁暴露可抑制大鼠胎盤P-gp的表達，從而對子代的生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響；當孕期共暴露于煙草和酒精，胎盤中多藥耐藥基因(multidrug resistance 1,MDR1)水平顯著降低，即P-gp的GC外排作用減弱[22]。孕期乙醇暴露會使小鼠腸道表皮細胞頂面的P-gp表達下降[23]。IL-1β、TNF-α能顯著降低胎盤滋養(yǎng)層細胞中P-gp表達及其外排作用。妊娠期使用大麻可使P-gp表達下調(diào)，導致P-gp依賴的外排作用被抑制，從而減弱胎盤的屏障功能，影響胎兒生長發(fā)育[24]。母親營養(yǎng)不良可導致胎盤中P-gp表達的顯著降低[5]。妊娠期病理狀態(tài)(妊娠期糖尿病)均可不同程度影響胎盤P-gp的表達及功能[5,25]，破壞胎盤GC屏障，致胎兒暴露于母體GC增加。

四、胎盤GC屏障改變的發(fā)生機制

1.孕期不良環(huán)境致胎盤11β-HSD2改變的機制：研究證實，環(huán)磷酸腺苷/蛋白激酶A(cyclic adenosine monophosphate/Protein kinase A,cAMP/PKA)通路可上調(diào)胎盤11β-HSD2表達。cAMP途徑的激活可增加胎盤合體滋養(yǎng)層中轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白1(specificity protein 1,Sp1)的表達，并促進Sp1和RNA聚合酶II與11β-HSD2啟動子結(jié)合，使11β-HSD2啟動子區(qū)組蛋白H3K9乙?；黾印⒓谆瘻p少，從而增加其表達和活性[26]。有研究報道，咖啡因可通過拮抗腺苷受體A2b抑制cAMP/PKA，從而下調(diào)胎盤11β-HSD2的表達[27]。早期生長應答因子(early growth response factor 1,Egr-1)屬早期基因家族一員，其編碼蛋白是一種含鋅指結(jié)構(gòu)的核轉(zhuǎn)錄因子，能參與對11β-HSD2的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，Egr-1與11β-HSD2啟動子區(qū)的結(jié)合位點和Sp1相重疊，Egr-1表達增加可競爭性拮抗Sp1對11β-HSD2的轉(zhuǎn)錄激活作用，從而抑制主動脈平滑肌細胞中11β-HSD2的表達[28]。缺氧可通過增加Egr-1表達來降低腎臟中11β-HSD2的表達和活性[29]。上述研究均提示，孕期不良環(huán)境可能通過影響胎盤cAMP/PKA通路來調(diào)節(jié)Egr-1和/或Sp1表達，從而影響11β-HSD2表達和活性。

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)是指細胞內(nèi)的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，MAPK信號通路包括外部調(diào)節(jié)蛋白(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和p38MAPK通路，它們參與調(diào)控11β-HSD2。鎘可抑制11β-HSD2基因的轉(zhuǎn)錄，進一步研究發(fā)現(xiàn)，鎘是通過激動ERK1/2從而抑制11β-HSD2的表達和活性[30]。研究發(fā)現(xiàn)，p38 MAPK能上調(diào)11β-HSD2的表達，但GC可以抑制p38 MAPK[31,32]，那么GC可能通過抑制p38MAPK抑制11β-HSD2的表達。酪氨酸激酶-信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子(janus kinase-signal transducer and activator of transcription,JAK-STAT)通路也可調(diào)節(jié)11β-HSD2的表達，氨基酸缺乏可通過抑制JAK-STAT和MAPK通路，最終使11β-HSD2的表達和活性降低[33]。所以，信號通路如cAMP /PKA、MAPK和JAK-STAT通路均可介導孕期不良環(huán)境所致的11β-HSD2表達或活性改變。

Lanz等[34]對人絨癌細胞JEG-3研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ通過轉(zhuǎn)錄后機制下調(diào)11β-HSD2活性。本實驗室通過動物實驗發(fā)現(xiàn)[35]，孕期咖啡因暴露使母血AngⅡ含量升高，上調(diào)胎盤AT1和AT2受體的表達，致腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin-system,RAS)激活，Ras激活后可誘導胎盤滋養(yǎng)層細胞凋亡。11β-HSD2是在胎盤滋養(yǎng)層細胞中表達，而滋養(yǎng)層細胞凋亡增加可減少11β-HSD2的表達[15]。另外，IL-1β、IL-6、TNF-α、雌激素和孕激素均能抑制11β-HSD2的活性[36,37]。

2.孕期不良環(huán)境所致胎盤P-gp改變的機制：文獻報道，cAMP可正向調(diào)節(jié)P-gp的表達[38]。倉鼠P-gp啟動子的同源區(qū)包含CCAAT增強子結(jié)合蛋白β(CCAAT/enhancer-binding protein beta,C/EBPβ)和GC反應元件，且兩者結(jié)合位點重疊。研究顯示，GR可通過干擾C/EBPβ的作用抑制p-gp的轉(zhuǎn)錄，從而減少其表達[39]。孕期肥胖母體的血漿及胎盤中IL-1β、IL-6、TNF-α表達水平均較正常母體顯著增高，而炎癥因子可激活多條細胞通路，包括kB核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor-k-gene binding,NF-kB)、JAK-STAT等，最終抑制P-gp表達。Evseenko等[40]亦發(fā)現(xiàn)，IL-1β、IL-6、TNF-α均能顯著降低胎盤滋養(yǎng)層細胞P-gp表達及其外排作用。

研究表明，孕期母體接觸一些藥物也會影響P-gp的活性，如氨氯地平、利福平等都會抑制P-gp的活性。藥物可以競爭性或非競爭性抑制的方式阻止細胞內(nèi)藥物的外排，即可以通過與底物競爭同一轉(zhuǎn)運部位導致P-gp外排功能降低，也可通過相互獨立的調(diào)節(jié)部位引起變構(gòu)效應抑制P-gp的活性[41]。Karina Klappe等[42]發(fā)現(xiàn)，P-gp作為細胞膜上具有重要功能的轉(zhuǎn)運蛋白定位于脂筏區(qū)域內(nèi)，其功能的調(diào)節(jié)與脂筏中鞘脂和膽固醇的改變有關(guān)；母體攝入過多的脂肪、膽固醇等，可引起脂筏內(nèi)鞘脂和膽固醇的改變，進而影響P-gp的轉(zhuǎn)運活性。

五、研究展望

雖然多數(shù)研究證實孕期不良環(huán)境可以引起胎盤GC屏障功能改變，且胎循環(huán)中高GC水平可誘導子代IUGR及其多種慢性成年疾病易感[4]，然而胎盤GC屏障的適度開放機制尚無系統(tǒng)報道，缺乏較為完整、系統(tǒng)的理論體系支持。因此，加強探尋孕期不良環(huán)境下胎盤GC屏障開放的調(diào)節(jié)機制及分子靶標，并進行合理干預，有可能成為胎源性成年疾病早期預警、早期診斷和早期防治的新策略并具有重要的理論與實踐意義。